EP1888276B1 - Sintered gear element featuring locally selective surface compression - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a surface-compressed metal toothed element, which has a compacted sintered material, a corresponding use of a preform and a corresponding toothing element.
- Sintered gear elements such as powder metallurgy gears are widely used. Sintered materials generally have a lower density compared to conventionally forged materials such as steel. Therefore, surface compacting of a sintered workpiece is desirable.
- Object of the present invention is to provide an improvement in a strength profile of a metal toothed element comprising a sintered material. Furthermore, it is an object of the invention to simplify a design of teeth made of sintered material.
- a preform of the toothed element with a locally selective different allowance along a flank and a tooth base of the preform is based on a Gauge of the toothed element produced and rolled by means of at least one rolling tool to the final dimension, wherein the toothed element is at least locally at least one flank and a foot of a tooth of the toothed element to produce a compacted edge layer on a surface locally compressed, wherein in the tooth base area the oversize so is chosen to have a local minimum.
- a toothed element is, for example, a toothed wheel, a rack, a cam, a P-rotor, a ring gear, a sprocket or the like.
- the compacted sintered material is produced in particular by powder metallurgy methods.
- a metal powder is sintered under pressure in conjunction with a heat treatment.
- metal powder is injection-molded in conjunction with plastic and in particular sintered under a pressure, preferably with a heat treatment.
- a sintered mold is used, which has at least almost the final dimension of the toothed element to be produced.
- the preform used is preferably the workpiece resulting directly from the sintering process.
- at least one further surface treatment step can also be connected downstream.
- the preform has an allowance, which is to be understood as a difference to a final dimension, wherein the difference is preferably defined pointwise perpendicular to the surface.
- a rolling tool for example, a roller is used, which is provided with a toothing, which is engageable with the toothing of the toothing element.
- a rolling tool is in particular rolled under pressure on a surface of the toothed element.
- two or more such rolling tools are preferably used simultaneously.
- a gear to be produced can be arranged centrally between two rolling tools.
- a surface compression of the sintered material of the toothing can be effected.
- such a manufacturing method starts, for example Takeya et al, "Surface Rolling of Sintered Gears", SAE 1982 World Congress , Technical Paper 820234. Also from DE 33 250 37 , out U.S.
- a first rolling tool can be used under a first pressure substantially for rough contour rolling and then a second rolling tool under a second pressure to achieve the targeted surface densification.
- the locally-selective allowance is dimensioned such that the toothed element is compacted locally at least in the area of at least one flank and one foot of a tooth of the toothed element in a peripheral layer on a surface.
- a full density is achieved within the compacted edge layer, the full density preferably being understood based on a density of a comparable powder-forged tooth.
- a preform made of a sintered material in a core has a density of at least 6.8 d / cm 3 , preferably at least 7.1 g / cm 3, and more preferably at least 7.3 g / cm 3 .
- the preform has, for example, a density of at least 7.7 g / cm 3 , preferably of at least 7.8 g / cm 3 , which corresponds to the density of a powder-forged preform of the same material.
- a load-bearing strength characteristic is achieved particularly advantageously.
- a highly stressable sintered toothing is preferably provided with a locally variable and load-adapted density profile.
- the density profile can have a greater degree of density over a larger area, in particular in the areas subject to higher stress, in comparison to areas of lesser load which are directly adjacent to one another.
- the respective differently densified edge layer is co-produced with a different allowance along a flank and / or tooth base of the preform.
- a depth of the compacted edge layer in each case viewed perpendicular to the surface, has a maximum of the density approximately at the location of maximum stress. This can be, for example, halfway up the tooth and steadily decrease towards the tooth head and tooth root to zero.
- a particularly high compression in the sintering material is set.
- other courses can be provided.
- a force profile on a tooth flank of the toothed element in its intended use is taken into account.
- the forces acting on teeth of a gear in a transmission are used and the resulting comparison voltage profiles are used below the surface. This procedure is also possible with other gears.
- an allowance on a first flank of the tooth is selected differently than on a second flank of the tooth.
- a force transmission direction is considered in a purpose of use of a toothing element according to the use.
- this takes into account, for example, that, depending on a direction of rotation in the direction of rotation, other forces occur on the tooth flanks than counter to the direction of rotation.
- a different compression due to a direction of rotation of a rolling tool can be compensated.
- the oversizes are selected such that after a compression process, an identical compression profile results along the first and second tooth flanks.
- a locally compressed surface layer is also sought in these areas. It is particularly useful if an asymmetric allowance is selected in a tooth base. For example, a left tooth root area has a different compression depth than a right tooth root. In particular, between two teeth in each case a preferably continuous variation of a depth of a boundary layer can be provided by a corresponding variation of the oversize.
- a different, in particular asymmetrical, measurement is provided not only with respect to one flank, but preferably with respect to second flanks lying opposite one another.
- a different measure in the tooth root is provided, which is preferably asymmetrical.
- tooth flanks and tooth roots of a toothing can each be asymmetric.
- an undersize By this is meant that less sintered material is provided in a Beeich than would have to be provided with respect to a final contour after a processing step.
- the determined undersize ensures, for example, that when displacing sintered material no undesirable elevations arise.
- the undersize therefore represents a region of a preform with a toothing that is to be replenished by, in particular, displacement of sintered material.
- the pressure angle of one flank of the tooth may differ by at least 15% from the pressure angle of the other flank of the tooth.
- At least 20 .mu.m below a surface of a first flank of the tooth is generated by 2% to at least 15% higher density than on a second flank of the tooth at the same height.
- a density is achieved on the first flank of the tooth, which corresponds at least approximately to the density which is achieved for a powder-forged toothed element, whereas the second flank has a lower density.
- a density in a range between 7.2 g / cm / set 3 and 7.7 g cm 3 on one side, while in the corresponding region of the second flank has a density between 7.5 g / cm 3 and 7.82 g / cm 3 is set.
- rotational direction-dependent different loads of the two tooth flanks are taken into account.
- a requirement-based elasticity and hardness profile is achieved. More preferably, this reduces a noise development, for example in a transmission.
- a local allowance on a first flank of the tooth is selected larger by at least 10% than an allowance on a second flank of the tooth at the same height.
- this achieves, for example, that an identical compression course is achieved on the first and the second tooth flank due to different pressurization during compression as a function of the direction of rotation.
- a different compression course is achieved on the first and the second tooth flank.
- different maximum densities, their depths as well as their location in relation to the height of the toothing can be set specifically.
- an amount of a maximum local allowance is at least 15 ⁇ m, preferably at least 100 ⁇ m and particularly preferably at least 400 ⁇ m. If the density of the preform in a range between 7.2 g / cm 3 and 7.5 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 20 and 150 microns is provided. If the density of the preform between 6.7 g / cm 3 and 7.2 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 50 microns and 500 microns is used.
- An oversize may also be negative locally, taking into account, for example, a lateral redistribution of material. A lateral redistribution can be done by flowing material as a result of a rolling process.
- an at least locally negative oversize can be provided, which lies locally below the final dimension.
- the negative allowance is preferably at most 100 ⁇ m.
- the negative measurement is at most less than 50 ⁇ m and in particular less than 20 ⁇ m.
- the maximum negative allowance is in a range between 100 ⁇ m and 20 ⁇ m.
- a compression is achieved which reaches a depth between 1 mm and 1.5 mm, at least in a region of a tooth flank of the toothing.
- the compaction in the tooth root may be lower.
- the maximum depth of compaction of a tooth flank is greater by at least a factor of 6 than a maximum depth of compaction in a region of the associated tooth root. This allows the toothing on the one hand has sufficient strength, but on the other hand also retains a certain deformability. A tooth breakage is thereby avoided.
- the preform and the rolling tool are rolled on each other until a final shaping movement between the toothed element produced thereby and the rolling tool is generated.
- This is used for example for the production of intermeshing gears.
- a distance between the rolling tool and preform is reduced during the rolling process with the rolling tool.
- a rolling pressure is adjusted or adjusted.
- a combination of force and path control in the manufacture of the teeth. In this case, in one section of the production, a pure travel control can take place and in another section of the production a pure force control. These can also alternate several times.
- a further improvement of a surface hardening can be achieved, in particular, by using the method for producing an at least partially surface-compacted metal Vernierungsimplantations comprises a thermal and / or chemical surface hardening process.
- case hardening is used as the thermal and / or chemical hardening process. Preference is given here in addition to an increase in hardness, a reduction of tension.
- a carbonitriding process is used.
- a nitration or nitrocaboration process as well as a boriding process can be used.
- a reduction of a strain is also achieved.
- adjusting the prevailing pressure can also be influenced on the curing. For example, a vacuum can be set, especially if case hardening is performed. It is also possible to perform an induction hardening.
- the curing is performed only partially according to an embodiment, for example, made only in the field of teeth.
- a method for producing an at least partially surface-hardened metal toothed element which has a compacted sintered material comprises the steps "cold or hot pressing, sintering, dimensional and surface compacting rolls and case hardening".
- a cold pressing of a metal powder first takes place in a mold which has at least approximately the final dimension of the toothed element to be produced.
- the sintering process takes place under the action of heat with or without pressure.
- the dimensional and surface compression takes place by means of rollers.
- dimensional and surface compacting rolls preferably take place simultaneously by means of at least two rolling tools.
- the curing, in particular case hardening can take place, which allows a further hardening of the surface.
- a further embodiment provides that a surface compression can be carried out using a wide variety of methods.
- One embodiment provides, in particular, that in a first region the surface compression is carried out using a different method than in a second, different region.
- beam hardening, shot peening, compacting by means of a ball, by means of a roller or by means of another rotatable body, by means of tooth-shaped tools, in particular rolling tools and the like can be used. These methods are also individually separately suitable to allow a necessary surface compaction.
- the tooth root is not or only slightly compressed with a tool with which the tooth flank is compressed. It is possible to compact the surface in a section so far that only the pores on the surface are closed are. Subsequently, the tooth root can be processed with another tool or remplinverdichtungshabilit. In particular, it is possible to achieve a different surface compression along the tooth flank in comparison with the tooth root. For example, it is possible to set different surface qualities, for example with regard to roughness. Also, the maximum surface depth may be different due to the different techniques. Furthermore, there is the possibility that the entire workpiece with the toothing receives a surface compression, such as surface blasting. In this way, in particular aluminum-containing sintered materials or other oxide-forming sintered materials can be processed, since with the surface densification in addition also removal of an oxide layer can be made possible.
- a surface compression such as surface blasting.
- the invention further relates to a use of a preform in a method according to claim 14 for producing a surface-hardened metal toothed element, which comprises a compacted sintered material, wherein a first and a second edge of a tooth each have different asymmetric dimensions in the Zahn ground Quarry the allowance a local minimum having. Furthermore, it is also provided that a first and a second foot region of a tooth have divergent, in particular asymmetrical, measurements.
- the invention relates to a toothed element with a metallic sintered material according to claim 17, wherein the toothed element at least in the region of at least one flank and one foot of a tooth of the toothed element has a locally varied densification and a depth of a layered edge layer in the foot region is less than on a tooth flank.
- This is preferably a suitable for many applications elasticity of the powder metallurgical material in conjunction with a surface hardening possible.
- a noise reduction in the power transmission allows and at the same time provided a good wear resistance.
- the toothed element is a toothed gear.
- the toothed element is a helical gear.
- a bevel gear can be provided. According to the above description, it is expedient if opposing flanks of teeth of a toothed element have an asymmetric compression.
- an asymmetrical compaction is present in a foot region.
- This compaction is adapted in particular to forces occurring during a use according to the purpose.
- provision is made in particular for the depth of the locally densified edge layer to be only so high that sufficient elasticity or rigidity of the tooth is still ensured.
- the depth of the compacted edge layer is less in the foot region than on a tooth flank.
- a ferrous material is selected as the main constituent of the sintered material and at least one alloying constituent from the group consisting of carbon, molybdenum, nickel, copper, manganese, chromium and vanadium.
- An iron alloy is, for example, Fe -1.0 Cr -0.3 V +0.2 relative to a reference 15CrNiMo6.
- Another iron alloy is for example Fe -1.5 Mo + 0.2C based on 20MnCr5.
- the iron-containing alloy Fe -3.5 Mo based on 16MnCr5 is provided.
- the alloy C may be used 0.2% Cr 0.5% Mn 0.5% Mo 0.5%, with the balance iron and impurity.
- other compositions may be provided.
- a surface-compressed toothing made of sintered material has at least 80% aluminum and at least copper and magnesium as further sintering materials.
- a first embodiment provides that additionally silicon is used as sintered material.
- silicon may range from about 0.45% to about 0.8%, preferably between 0.6% and 0.75%. However, silicon may also be present in a higher range, for example between 13% and 17%, in particular between 14.5% and 15.5%. If the silicon content is higher, the proportion of copper in the sintered material is reduced.
- a first mixture may contain 4% to 5% copper, silicon 0.45% to about 0.8%, magnesium 0.35% to 0, 7% share and the rest at least mainly comprise aluminum.
- a pressing aid is preferably added. This can range between 0.8 and 1.8%.
- a second blend may comprise copper at 2.2% to 3%, silicon at 13% to about 17%, magnesium at about 0.4% to 0.9%, and the balance at least primarily aluminum.
- a pressing aid can be used as exemplified above. After a surface compaction, at least one region of the toothing has a density of, for example, more than 2.5 g / cm 3, preferably up to the maximum density.
- such a manufactured workpiece with a toothing has a tensile strength of at least 240 N / mm 2 and a hardness of at least 90HB. If the silicon is higher, the density may in particular also be more than 2.6 g / cm 3 .
- a second embodiment provides that in addition at least zinc is used as the sintering material in addition to copper and magnesium as additives and aluminum.
- copper has a content in a range between 1.2% and 2.1%, in particular between 1.5% and 1.65%, magnesium between 1.9% and 3.1%, preferably between 2.45% and 2.65%, zinc between 4.7% and 6.1%, in particular between 2.3% and 5.55%.
- the rest is at least mainly aluminum.
- a pressing aid as described above can also be used here.
- a workpiece made from this mixture with a toothing preferably has, after the surface compaction, at least one region of the toothing in which a density of at least 2.58 g / cm 3 extends up to the maximum density.
- a workpiece produced in this way with a toothing has a tensile strength of at least 280 N / mm 2 and a hardness of at least 120HB.
- a toothed element with a further functional component in particular a shaft or another gear, is sintered.
- compliance with a precise working distance between a plurality of toothed elements, for example in a transmission, is thereby facilitated.
- the toothed element is part of a pump.
- it is an involute gear, which is brought into engagement with another involute gear.
- a device for producing an at least partially surface-compressed toothed element is disclosed, in particular for carrying out a method described above with a tool control adapted to a different allowance.
- the device comprises in particular at least one Rolling tool, which preferably with the aid of the adapted tool control preferably under a adapted pressure and / or controlled path in an adapted engagement can act on the preform.
- the device comprises a rolling tool with a toothed surface, which can be brought into engagement with the toothing of the toothed element and can be rolled on it.
- an apparatus for producing an at least partially surface-hardened toothing element from a present at least in a surface region of a sintered material preform wherein the device comprises a tool which compensates for different measurements on a first and a second edge of a tooth to be compacted by rolling Preform
- the rolling tool can have a contour necessary for the shaping, for example an involute toothing, only on one flank or on both flanks of a tooth.
- a method for the design of an oversize for achieving a surface compression of a sintered-metal toothed element in a rolling operation is disclosed, wherein the oversize is determined iteratively.
- a geometry and in particular a torque and / or a pressure distribution is specified.
- a design of a rolling tool is defined.
- a preform with a locally defined allowance is determined.
- a selection can be made using data libraries.
- Such a data library contains, for example, experimental density profiles determined using various parameters.
- a simulation of the compression or rolling process can take place.
- the kinematics of the rolling process in conjunction with a simulation of elastic and plastic properties of the preform and optionally of the rolling tool is simulated.
- the simulation of the elastic or plastic properties of the preform reference is made, for example, to models of continuum mechanics in conjunction with a discrete solution using, for example, finite element or finite volume methods.
- a geometry of a rolling tool is determined iteratively taking into account the oversize. For example an oversize of an involute toothing of the hobbing tool can be determined. Accordingly, an allowance for other than involute gearing can be determined.
- a first step at least in one region of a flank of a tooth locally varied, at least pointwise definable allowance of a preform of the toothed element is automatically generated based on at least one design specification
- a geometry of a rolling tool automatically is generated
- a rolling process and thereby generated local course of compression of at least one edge layer of the toothed element is simulated
- an automatic evaluation of the generated course of compaction is compared with a default, and optionally the method from the first step is repeated using at least one variation for optimization until an abort criterion is met.
- the variation takes place, for example, with the aid of an optimization method.
- An abort criterion is, for example, a tolerance between the desired density profile and the density profile achieved in the simulation.
- a termination criterion can also be an exceeding of a predeterminable number of iterations.
- the torque is to be understood here as the torque occurring in the intended use of a toothed element.
- a material tension is simulated, at least in the area of compaction, and used in particular for evaluation. It is preferably avoided that a surface is indeed sufficiently cured, but is brittle due to stresses and tends to stress cracks.
- data stored for variation in a database library is used.
- methods for optimization and data analysis can be used, for example, by means of neural networks.
- features stored in the database are used, for example, for optimization by means of a genetic algorithm.
- At least one of the steps can be replaced by a default.
- a rolling tool geometry is fixed. This is taken into account, for example, the fact that a rolling tool is much more expensive to modify, for example, as a preform.
- Another embodiment provides a reverse approach. Preferably, starting from a final shape, a preform or the rolling tool for producing the final shape as well as the press tool for producing the preform are calculated.
- a computer-readable medium is for example a magnetic, a magneto-optical or an optical storage medium.
- a memory chip is used.
- a computer-readable medium can also be realized by means of a remote memory, for example by means of a computer network.
- the computer program can be stored, for example, in a machine for surface compaction. Also, a calculation can be made separately from the machine for surface compaction.
- the machine has a controller, in particular a path and / or force-guided control in which the coordinates and movements can be entered to compact the preform.
- a press tool mold is provided, with which a preform can be pressed from sintered material, which is subsequently surface-compacted to a final shape.
- This press tool shape is calculated iteratively.
- a rolling test stand which offers the possibility of being able to carry out test rolling for a wide variety of surface densifications.
- data which, evaluated, can enter into the calculation methods can be determined from a large number of measurements for this purpose. This can be used, for example, to start values for the iterative calculation of preform, tool or pressing tool.
- the rolling test bench can also have an automated measurement of surface-compacted workpieces which have a toothing.
- f H ⁇ are the deviation with respect to the toothing
- F ⁇ is the total deviation
- f f ⁇ is the profile shape deviation of the flanks.
- the specified values correspond to the DIN classes with respect to the deviation.
- an iteration takes into account parameters which relate to a material behavior in a surface compression of the tooth form.
- An embodiment provides that an iteration for determining a preform of input data emanates, which are taken from a specification of the final shape.
- at least one rolling tool is used, which has the same quality as the final shape created later.
- the quality of the tool can be transferred to the preform.
- the extremely accurate surface compaction makes it possible for the toothing to have this quality of the final shape after the surface compacting without any further material-removing post-processing step.
- a workpiece with the gearing is made to have a core density of at least 7.4 g / cm 3 with a surface density that is at most in a region of a tooth flank, with the maximum surface density extending at least 0.02 ⁇ m in depth in the region ,
- a method for producing a toothing of compacted sintered material wherein a precompressed tooth preform is compacted to its final shape in at least one area by means of iteratively determined data, and a roughness in the area opposite the preform is improved by at least 400%, wherein a surface hardness is set by at least 130 HB.
- a core density of the final shape is set, which is at least one Density of 7.3 g / cm 3 , and imprinted a surface hardness having a convex shape from the surface toward a center of the final shape.
- the toothing of precompressed material has, in a first surface-compacted area, a roughness which is at least 400% smaller than a roughness in a second area which is less or not surface-compacted.
- the roughness R z is, for example, less than 1 ⁇ m in the first region.
- a further embodiment provides that a surface hardness of at least 700 HV [0.3] is present at the surface of the final shape, while at a depth of 0.4 mm from the surface at least a hardness of 500 HV [0.3] is present .
- Another embodiment has a surface hardness of at least 700 HV [0.3] on the surface of a tooth flank and in a tooth root, wherein a hardness of at least 500 HV [0.3] at a depth of 0.6 mm from the surface in the Tooth base and a hardness of at least 500 HV [0.3] is present at a depth of 0.8 mm from the surface on the tooth flank.
- the production of surface compaction makes it possible to set exact compaction as well as hardening according to desired specifications.
- the calculation is additionally based on penetration of the tool into the workpiece to be produced in the calculation, wherein in particular the behavior of the sintered material during penetration and after penetration can be taken into account.
- the calculation method provides that an elastic deformation of the sintering material to be compacted is taken into account.
- the calculation method can provide that an elastic-plastic deformation of the sintering material to be compacted at the surface is taken into account.
- a depth of a maximum load below the surface for example, when using the workpiece as a force-transmitting gear in the calculation method.
- the calculation method may further include shrinkage of the sintered material enter into the calculation during sintering. Also empirically determined data can also be included in the calculation.
- a calculation method is proposed for the design of a tool for surface compacting a preform of a toothing, in particular compacted sintered material, for producing a predetermined tooth geometry, where determined data from the predetermined tooth geometry to be calculated for calculating machine tool kinematics, taking into account machine parts of a workpiece associated therewith, from which the formed tool, and at least one convincedformgebers whose coupled system coordinates and their movement to one another, iteratively enter.
- contact conditions between the workpiece to be produced and the tool former between a tip and a foot of the toothing enter into the calculation method.
- a maximum stress on the surface is also included in the calculation in the region of one foot of the toothing.
- a maximum stress below the surface is included in the calculation.
- a press mold with a press geometry for producing a preform of a toothing made of sintered material wherein the press geometry has adapted to a surface compression of the toothing course with at least one elevation, which generates a recess at least in the region of the toothing of the preform, which with sintered material Surface compaction is refillable.
- the survey on a front side of the preform causes a depression in the region of a head of a tooth of the toothing.
- the height of the elevation or depth of the depression as well as other dimensions thereof can be determined.
- a further embodiment provides, instead of a one-sided survey, that a bilateral elevation is provided in order to effect a depression on both end faces of the tooth.
- the bump is arranged according to a further development in a region of the geometry which causes a depression on a tooth head of the preform, wherein the bump has a dimension such that the shaped well at least partially grows the tooth head due to the processing of the preform into the final shape by the surface compacting at least diminished.
- a preform with at least one depression on an end face of a toothing to compensate for a material Aufsches in a surface compression of a tread of the toothing calculate and in particular finished.
- a preform with at least one depression on a tooth head of a toothing for at least reducing a growth of the tooth head in the amount in a surface compaction at least calculate the flanks of the teeth and in particular finished.
- the calculation method for determining a geometry of a preform or of a compression molding tool preferably provides that the geometry is determined based on data of a final shape of the preform and at least one depression or elevation is calculated which at least partially effects a compensation of a material displacement during surface compression.
- a method for surface compaction of a gearing wherein a number of a repetitive compaction movement of a molding tool for surface compacting a surface on the preform is calculated iteratively.
- rollover is iteratively calculated until a predetermined surface density is reached.
- an advance of the molding tool is calculated iteratively.
- the preform is overrolled less than 20 times to achieve the predetermined geometry of a final shape of the surface compacting.
- overrolling of the preform is performed less than 6 times until a given geometry of a final shape of the surface compacting is achieved. It has to be taken into consideration that with the achievement still no completion of the surface compression takes place. Rather, it is then several times, in particular less than 25 times, preferably less than 15 let's continue the tool on the surface. As a result, an accuracy of the surface shape is ensured.
- a method is proposed in which a reversing rolling is carried out on a toothing of sintered material to densify the preform to the final shape of a surface compacting.
- a short unloading of the preform is carried out by the mold before a reversal of direction. It has been found that by reversing, that is, by reversing the movement, a uniform compaction can be achieved.
- manufacturing problems were further minimized by reducing the tool's pressure on the workpiece before the motion reversal began. The tool can remain in contact with the workpiece. It can also be detached from the surface for a short time.
- a surface compression of a workpiece is proposed with at least one toothing of sintered material, wherein a first surface of the workpiece is compacted with a different method than a second surface of the workpiece.
- a first toothing of the workpiece has a different compression than a second toothing of the workpiece.
- an internal toothing of the workpiece undergoes a different surface compression than an external toothing of the workpiece.
- an outer toothing is surface-compacted by means of a rolling process, while a second surface is a bore, which is surface-compacted with another method.
- a bore in the workpiece, after surface compacting has a hardened surface and is subsequently brought to a final shape. This allows the use of the bore for a shaft or an axle.
- An improvement in accuracy can be achieved by surface hardening after hardening of the toothing.
- first toothing of sintered material is rolled and surface-compressed.
- the shaft has a second toothing, which is produced by a different method than the first toothing.
- the second toothing forms according to a further embodiment with the first toothing a workpiece.
- both teeth may have been produced together in a press machine.
- the first and second teeth have been calculated iteratively and prepared accordingly.
- the production can take place successively, but also simultaneously according to another embodiment. In particular, this also applies to further processing steps such as a Obertsumbleenverdichtung.
- the second toothing has a hardened surface without surface compaction.
- the density inherent in sintering or the inherent strength of the material used is sufficient. This applies, for example, for pump applications.
- At least the first toothing has at least one tooth each different edge slopes at the same height of the tooth. This is advantageous in applications in which a main direction of rotation and in particular only one direction of rotation of the shaft is predetermined.
- the different edge slopes can thus be designed wear and noise-minimized.
- the second toothing is forged. It can additionally be surface-compacted. For example, this toothing can absorb a greater force transmission than the first toothing.
- the second toothing is made of a different material than the first toothing.
- the second toothing is made of steel.
- the second toothing can also consist of a different sintered material than the first toothing.
- the shaft may also be made of sintered material. It may, for example, have the same material as the first toothing.
- the shaft can be formed at least together with the first toothing, ie be pressed from powder material, preferably in a common mold.
- An exemplary method for producing the shaft described above may also provide that at least the first gearing receives a surface compaction and a bore for receiving the shaft is surface-compacted, hardened and then honed before the shaft and the first gearing are joined together.
- an iterative calculation of a preform of the first toothing is preferably carried out starting from a final shape of the shaft with the first toothing.
- a preform for producing a toothing made of sintered material is used, wherein the preform has a negative allowance.
- the negative allowance is arranged at least on an edge of a tooth of the toothing.
- the negative allowance can run asymmetrically along the flank.
- a further development provides that on each flank of a tooth, a negative measure is proceed.
- a tooth at the same height has a first negative allowance on a first flank and a second negative allowance on a second flank, wherein the first flank and the second flank extend asymmetrically relative to one another.
- the negative allowance is located between a head portion of the tooth and a measure on a flank of the tooth. Additionally or alternatively, the negative allowance can be arranged in a corner region of the tooth root. Furthermore, there is the possibility that a flank slope of the flanks of a tooth are different.
- a development provides a method for producing a toothing of a sintered material, wherein a preform is assigned at least one determined by iterative calculation negative allowance, the case of a surface compression of the toothing is at least partially filled by displacement of the sintered material. Preferably, an oversize material adjacent to the negative allowance is displaced into the negative allowance.
- the preform may be surface-compacted into the desired final shape, optionally with curing and / or surface finishing. This can be done before or after surface compacting. As a fine machining honing as well as a grinding is considered.
- the design of the negative amount takes place via an iterative calculation, in which a simulation of the surface compaction on the preform determines whether the adjacent allowance of its shape is designed so that the negative allowance can be smoothed towards the desired final contour.
- a machine for calculating and / or performing a surface compaction of a toothing is provided, wherein a calculated kinematics is einar, by means of the surface densification a negative allowance on a flank of the toothing can be smoothed to a desired final contour.
- the preforms are arranged on parallel shafts and at the same time engage with at least one tool for surface compaction.
- At least two preforms are arranged on a common shaft and jointly brought into engagement with at least one tool for Oberertlächenverdichtung.
- a device for producing a surface compaction on a tooth system wherein at least two preforms for surface compaction in the device are durable and can be processed at the same time.
- a movement of at least one shaft is provided, in which both preforms come into engagement with a tool for surface compaction.
- at least three shafts for at least two preforms and at least one tool are arranged parallel to one another and a Form triangle, at least one of the waves is zubewegbar on the two other waves.
- at least two preforms can be attached to a common shaft, wherein the tool has a greater length than an added length of at least both preforms.
- the preforms can lie with their end faces together.
- a distance is arranged between the preforms, the tool protruding along the shaft over both outer end faces of the preforms.
- a component is proposed with a surface-compressed toothing of sintered material, wherein the component viewed over a cross-section, having a gradient with respect to the sintered materials used.
- the component has a gradient that has a jump function.
- the sintered materials are provided with a transition boundary at least in this area. According to one embodiment, this transition boundary is present along the entire surface between the first and second sintered material. Another embodiment provides that in a region there is no fixed boundary but a gradual transition. In particular, it can be provided that the component has different sintered materials which extend into one another without exhibiting a pronounced mixing zone with increasing or decreasing gradient.
- a first development of the component includes that the sintered material of the toothing has a lower core density than the sintered material of a region of the component adjoining the toothing.
- a second development of the component provides that the sintered material of the toothing has a higher core density than the sintered material of a region of the component adjoining the toothing.
- a further embodiment has a component which has a first toothing with a first sintered material and has a second toothing with a second sintered material.
- a toothing has different flank angles on a tooth at the same height.
- a first sintered material can be arranged in an outer region of the component and form the toothing, and a second sintered material is arranged in an inner region of the component and forms a bore.
- a method for producing a surface-compressed toothing on a component wherein a first sintered material is introduced into a mold before a second sintered material is added, followed by pressing and sintering and densified by means of a surface compression of the toothing only one of the two sintered materials, while the other sinter material undergoes no change.
- a further embodiment provides that a second surface compaction is carried out, which relates only to the not yet surface-compressed sintered material. It is preferably provided that the first sintered material forms at least one surface of the toothed edges and the second material forms a relining of the toothing.
- Another proposed method for producing a surface-compressed toothing on a component is to admit a first sintered material in a mold before a second sintered material is added, then perform a pressing and sintering and compacting the first and the second sintered material by means of a surface compression of the toothing ,
- a movement sequence for surface compaction is determined iteratively taking into account a material behavior of at least one of the two sintered materials.
- a further development for both methods provides that a relative rotation acts between the mold, in particular a press mold, and a sintered material to be filled, so that the sintered material accumulates in an outer region of the mold as a function of a speed of the relative rotation.
- first and at least the second sintered material are added to the mold overlapping at least over a period of time.
- the production method also provides grinding or honing of the compacted tooth flanks and / or tooth feet in addition to the surface compacting step of the toothing.
- the forging achieves a density of at least 7.6 g / cm 3 as the core density.
- the surface compacting can therefore cause a full compression and / or a precision of the shape of the toothing.
- an oversize for this step in a range of 4 ⁇ m to 8 ⁇ m material is above the final dimension for a material-removing machining step after surface compacting.
- honing is preferably 30 .mu.m to 50 .mu.m and grinding is 50 .mu.m to 0.3 mm, preferably 0.1 mm to 0.2 mm Surface compacting provided.
- the iterative calculation makes it possible to determine the areas and dimensions beforehand and to be able to implement them later in the procedure.
- surface densification is also preferably provided, followed by hardening followed by preferably honing.
- the bore may also have an oversize between 30 ⁇ m and 50 ⁇ m after surface compacting.
- lubrication occurs during surface compacting.
- emulsions can be lubricated in particular with oils. This is preferred for hot rolling, for example at temperatures above 220 ° C.
- Fig. 1 shows an exemplary Wälzan eleven in a schematic view.
- a first rolling tool 101 with a first toothing 102 is rotatably mounted about a first axis 103 in a direction of rotation 104.
- the first toothing 102 is engaged with a second toothing 105 of a preform 106.
- the preform 106 is rotatably mounted about a second axis 107. Accordingly, a second rotational direction 108 results.
- the second toothing 105 is engaged with a third toothing 109 of a second rolling tool 110.
- This second rolling tool 110 is rotatably mounted about a third axis 111 in a third rotational direction 112.
- the first axis 103 or the second axis 107 may be fixed axes while the two other axes can execute a feed movement.
- the third axis 111 is displaceable in a displacement direction 113 along a connecting line 114 of the first 103, the second 107 and the third axis 111.
- a doctorwalzvorgang be made.
- tooth flanks are only slightly compacted and, in particular, the tooth roots are not compacted. This results in a surface compaction in a desired area.
- the tooth base can also be surface-compacted only or additionally. For example, during a rolling process, a progressive displacement in the direction of the displacement direction 113 takes place.
- first and the second rolling tool 101, 110 also a portion of the tooth roots of the preform 106 is compressed.
- an adjusting device for adjusting the first and / or the second rolling tool 110 and for impressing a pressure necessary for a rolling operation, an adjusting device, not shown, is preferably provided with a gear intended. In particular, very high pressures can be applied.
- Fig. 2 shows a first tooth 201 of an associated toothed element, not shown.
- This toothed element is a toothed wheel.
- a geometry of the toothed element or of the first tooth 201 is characterized by a first root circle 202, a first root circle 203, a first ring circle 204 and a first head circle 205.
- the first tooth 201 On a first flank 206, the first tooth 201 has a first flow path 207 before a rolling process. After a completed rolling operation results in a first End configuredverlauf 208, whereby a first compacted edge layer 209 results accordingly. Schematically, this is limited by a first compression boundary line 210. This line limits the area of the first tooth 201 within which full density is achieved. The full density is preferably based on a density of a comparable powder-forged tooth.
- Fig. 3 shows a second tooth 301 of a toothed element, not shown.
- This toothed element is also a gear wheel.
- Second tooth 301 and gear are characterized by a second tip circle 302, a second pitch circle 303, a second root circuit 304 and a second root circle 305.
- a second oversize course 308 and a third oversize course 309 are provided.
- a second final dimension 310 results on the second flank 306 and a third final dimension 311 on the third flank 307.
- a second compression limit line 312 and a third compression limit line result 313.
- the second oversize course 308 and the third oversize course 309 are configured differently.
- the different action of forces on the tooth flanks 306, 307 during a rolling process is illustrated by the illustrated sliding speed directions.
- a first 314 and a second sliding speed direction 315 result. These are directed from the second pitch circle 303 in the direction of the second tip circle 302 and in the direction of the second root circle 305, respectively.
- On the third flank 307 results in a third sliding speed direction 316 and a fourth sliding speed direction 317, which are directed against each other.
- Fig. 4 shows a third tooth 401 of a toothed element, not shown.
- This toothed element is also a gear wheel.
- Gear and third tooth 401 are in turn characterized by a third tip circle 402, a head use circle 403, a third pitch circle 404, a third root slot 405, and a third root circle 406.
- third tooth 401 is a toothing with a tip retraction, preferably in the form of a head rounding.
- a tooth profile is withdrawn in a tooth head region 401.1 between the third head circle 402 and the head cycle 403. As a result, the tooth does not engage in involute counter-toothing in this area.
- an active tooth area lies only in the area between the head use circle 403 and the foot circle 405 or between the head circle 403 and the third foot circle 406.
- a fourth ramp 407 results after a rolling process in a fourth compression boundary line 408 Flank 409 achieved a fourth End configuredverlauf 410.
- Fig. 5 shows a Aufbornverlauf between two adjacent teeth of a toothed element, not shown.
- This toothed element is again a toothed wheel.
- the gear and teeth are characterized by a fourth root circle 502, a fourth root base footpath 503, a fifth landback circle 504 of the preform after a grinding operation, a fourth head circle 505 after a milling operation, and a fifth head circle 506 after a finishing operation.
- After a rolling operation results in a fifth Endemblverlauf 507.
- On the abscissa axis a lateral dimension in millimeters is plotted.
- On the ordinate axis, the correspondingly perpendicular lateral dimension is also plotted in millimeters.
- the teeth run completely in the plane of the drawing.
- Fig. 6 shows a compilation of further measurement progressions.
- the nominal ground length along a flank line of a toothed element is shown.
- this curved line relates to a progression from a tooth tip of a first tooth to a tooth tip of an adjacent tooth.
- the absolute arc length of the corresponding flank line in millimeters is correspondingly shown on the upper abscissa axis.
- the left ordinate axis indicates an allowance in millimeters.
- the right ordinate axis describes the corresponding radius of the associated toothing. Shown are a sixth Aufbornverlauf 601, a seventh Aufbornverlauf 602 and an eighth constitutivverlauf 603.
- the sixth Aufierverlauf 601 and the eighth Aufbornverlauf 603 are here symmetric to a Zahn groundsymmetrieline 605 executed.
- the seventh oversize profile 607 is designed asymmetrically. In the vicinity of the tooth symmetry baseline 605, that is to say in the tooth base region, the oversizes each have a local minimum. This promotes a reduction of a risk of stress cracking.
- Fig. 7 shows a further oversize course. Shown is a ninth oversize progression, which runs asymmetrically from a left tooth head 702 to a right tooth head 703. As already in Fig. 6 An oversize in the area of a tooth root 704 is also shown here to be smaller than in the area of the fifth 705 and the sixth flank 706. This serves, in particular, to avoid stress cracks.
- Fig. 8 shows a first process scheme. Based on a target 801, which includes the geometry, a torque of a gear to be transmitted and a pressure distribution, a geometry of a rolling tool is generated with a first geometry generation module 802. In addition, a geometry of a preform in a second geometry generation module 803 is generated based both on the target 801 and on the geometry of the rolling tool. In a first simulation module 804, a rolling process is simulated. In this case, both a kinematics of the rolling process and the compression process, which is caused during rolling, simulated. In particular, a redistribution of material, such as in Fig. 3 outlined, considered. The simulation of a plastic deformation takes place here for example by means of a finite element method.
- Second simulation module 805 for simulating a stress can be considered. Both the target 801 and the preform geometry are included in this module. On the other hand, that allows Second simulation module 805 further includes a correction of the detected geometry of the preform.
- the first geometry generation module 802, the second geometry generation module 803, the first simulation module 804, and optionally the second simulation module 805 may be repeatedly executed in an optimization loop.
- Fig. 9 shows a second process scheme.
- a ninth oversize profile 902 of a tooth profile 903 is generated.
- a second tooth profile 905 of a third rolling tool 906 is generated.
- a rolling process is simulated.
- the rolling process of the first tooth profile 903 on the second tooth profile of the rolling tool 905 and the resulting compression is simulated.
- the first, second and third steps 901, 904, 907 are optionally repeated in a variation 908.
- Fig. 10 shows an oversize course of a toothed element of a rolling tool. Shown is a tenth Aufbornverlauf 1001 of a fifth tooth 1002 of a rolling tool, not shown. On a seventh flank 1003 and an eighth. Flank 1004 of the fifth tooth 1002 is provided a different allowance. At the seventh flank 1003, a material addition is provided, which is indicated by a first arrow 1005. In contrast, a tooth return is provided on the eighth edge 1004, which is indicated by the second arrow 1006.
- the allowance in this example is based on a regular profile of involute toothing.
- Fig. 11 shows a schematic view of a calculated depression on an end face of a toothing.
- the depression serves to at least minimize, if not even compensate, growth of the sintering material displacement achieved by the surface compaction and concomitant growth of the tooth in height and / or width.
- the shape of the depression depends on the allowance and on the dimensions of the tooth. The shape can be optimized iteratively using the calculation method. A simulation allows an estimation of the actual behavior of the preform later on.
- FIG. 12 Figure 11 is a schematic view of calculated extreme cases of surface compaction tools that are calculable.
- the starting point of the calculation is the left-hand end geometry of the toothing.
- Fig. 13 a schematic view of an approach in the iterative calculation and links in a simulation.
- the machine kinematics can be modeled. This is assumed, for example, by the associated machine axes.
- an optimization of the tool to be designed can then be carried out by means of the available degrees of freedom. This will be on again Fig. 12 directed.
- the examples presented there have corresponding disadvantages, for example too weak foot region in the middle representation or too pointed head design in the right representation.
- Additional influencing parameters such as strength considerations and / or stress curves in the material, can then be used to execute an iteration towards a contour of the tool that is suitable for the respective requirement profile.
- the determined final geometry with the calculated measurements is taken as a starting point.
- Fig. 14 shows a view of density gradients as a function of different initial densities of the preforms used. If the density of the preform in its core as well as in the course changed outward, there are influences on the surface densification course. This goes from the right picture of the Fig. 14 out. By changing the respective preform, the density profile after a surface compression can also be strongly influenced. Therefore, the output core density as well as the shape of the preform are important parameters in the iteration and computation.
- Fig. 15 gives an exemplary overview of the detected errors that occur at different surface densification steps and characterize the material behavior.
- the error is specified in error classes according to DIN 3962 or DIN 3960.
- An important point in determining a suitable surface compaction by rolling is the profile change of the rolling tool.
- cm 3 of a preform having a core density of 7.3 g / which was in engagement with an unmodified set of rolling tools and has been surface compressed.
- the geometry of the gear changes. The goal is to achieve the desired final contour, as it is prescribed. From the pictures of Fig.
- the profile angle error is shown on the left, the full profile shape error in the middle and the shape error on the right. These were measured on the gear produced in each case.
- a tooth thickness reduction of 0.27 mm leads to a profile angle deviation corresponding to class 7 according to DIN.
- a feed of 0.4 mm is necessary.
- the finished final contour in the other values comes to lie outside of the required quality grades. Therefore, a change in the geometry of the tool is necessary.
- a new tool can then be determined, again perform the tests and iteratively determine an optimized geometry for the tool in this way.
- the calculation makes it possible to determine a final contour for the tool with, for example, two or even one iteration.
- Fig. 16 shows a hardness curve in HV on a flank of a toothing applied over the distance from the surface on the x-axis in [mm].
- the profile profile of the hardness can be influenced by suitable dimensioning as well as by feed movement.
- the course may be at least partially convex or concave.
- the preform designated AVA7-1 has a larger oversize than the preform designated AVA4-2. Both have an opposite course of hardness: while in the first part until reaching 550 HVAVA7-1 has a more convex shape, AVA4-2 has a more concave course. After falling below 550HV this changes.
- Fig. 17 a hardness curve in HV in a foot region of a toothing at different heatverdichtungsuzeen. Due to the smaller oversize there compared to the flank allowance and due to the geometry results in a different hardness profile. The hardness initially drops steeper, but then goes over almost in a straight course with only a slight inclination.
- Fig. 18 shows a schematic view of various calculated Aufiqueverierin for different densities based on a final tooth thickness.
- the diameter is plotted on the y-axis.
- the oversize is indicated on the x-axis.
- D_a or d_a indicates the head circle diameter or the tip circle diameter
- 0 is a specification of an amount, for example, by a value on the pitch circle
- d_b is the base circle diameter.
- A indicates the range of preferred values for the pitch circle area.
- B indicates a critical area, since material failure during rolling can already occur there.
- Fig. 19 shows a schematic representation of parameters that can be included in the iterative calculation.
- these locations may be the maximum load.
- a comparison voltage curve is used, in which poison: a maximum voltage occurs below the surface, in particular in the region of a negative slip, therefore preferably below the specified pitch circle diameter d_w1.
- the right photo indicates a tooth fracture due to excessive bending load. It follows for the calculation model that a location of the maximum Zahnfußbe pipeung is determined and taken into account. This can be determined, for example, via the 30 ° tangent according to DIN or via the Lewis parabola according to AGMA.
- For the comparison voltage it is preferably assumed that a maximum stress occurs on the surface.
- Fig. 20 shows a schematic view of another way, such as simultaneously at least two preforms can be compacted.
- a movement of the preforms in the direction of the tool can be carried out according to an embodiment.
- the invention can be used, for example, in the case of camshaft toothed wheels, planetary gears, sun gears, drive toothed wheels, differential gears, gear wheels, clutch gears, pump gears, spur gears, helical gears, electric motors, internal combustion engines, variable speed drives, outside gears. or internal gears, in external or internal gear units with straight or helical teeth, in bevel gear units with straight, helical or curved teeth, in helical gear units or worm gears as well as in helical and helical hub connections.
- a gear made of sintered metal The other may be made of plastic or another material, for example.
- At least one of the two gear wheels has a coating which in particular has a noise minimizing effect.
- a Kegelschraubradcru can be created to thereby form a Hypoidgetriebe.
- the workpieces me gearing in automotive technology, in engine technology, in transmission technology, in adjusting devices, in power transmitting devices, in toys, in precision mechanical devices, household appliances, especially mobile home appliances, and others are used.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenverdichteten metallenen Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist, eine entsprechende Verwendung einer Vorform und ein entsprechendes Verzahnungselement.The invention relates to a method for producing a surface-compressed metal toothed element, which has a compacted sintered material, a corresponding use of a preform and a corresponding toothing element.
Gesinterte Verzahnungselemente wie beispielsweise pulvermetallurgisch hergestellte Zahnräder werden in weiten Bereichen eingesetzt Gesinterte Materialien weisen im Allgemeinen eine geringere Dichte im Vergleich zu konventionell geschmiedeten Materialien aus beispielsweise Stahl auf. Daher ist eine Oberflächenverdichtung eines gesinterten Werkstückes wünschenswert.Sintered gear elements such as powder metallurgy gears are widely used. Sintered materials generally have a lower density compared to conventionally forged materials such as steel. Therefore, surface compacting of a sintered workpiece is desirable.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung eines Festigkeitsverlaufes eines metallenen Verzahnungselementes aufweisend ein Sintermaterial zu ermöglichen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Auslegung von Verzahnungen aus Sintermaterial zu vereinfachen.Object of the present invention is to provide an improvement in a strength profile of a metal toothed element comprising a sintered material. Furthermore, it is an object of the invention to simplify a design of teeth made of sintered material.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines oberflächenverdichteten metallenen Verzahnungselementes, durch eine Verwendung einer Vorform nach Anspruch 14 und durch ein Verzahnungselement nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten metallenen Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial mit einer jeweils unterschiedlich verdichteten Randschicht entlang einer Flanke und eines Zahngrundes aufweist, wird eine Vorform des Verzahnungselementes mit einem lokalselektiven unterschiedlichem Aufmaß entlang einer Flanke und eines Zahngrundes der Vorform bezogen auf ein Endmaß des Verzahnungselementes hergestellt und mittels wenigstens eines Walzwerkzeuges auf das Endmaß gewalzt, wobei das Verzahnungselement zumindest im Bereich wenigstens einer Flanke und eines Fußes eines Zahns des Verzahnungselementes zur Erzeugung einer verdichteten Randschicht an einer Oberfläche lokal variiert verdichtet wird, wobei im Zahngrund bereich das Aufmaß so gewählt wird, dass es ein lokales Minimum aufweist.In a method according to the invention for producing a surface-hardened metal toothing element, which has a compacted sintered material with a differently densified edge layer along a flank and a tooth base, a preform of the toothed element with a locally selective different allowance along a flank and a tooth base of the preform is based on a Gauge of the toothed element produced and rolled by means of at least one rolling tool to the final dimension, wherein the toothed element is at least locally at least one flank and a foot of a tooth of the toothed element to produce a compacted edge layer on a surface locally compressed, wherein in the tooth base area the oversize so is chosen to have a local minimum.
Ein Verzahnungselement ist dabei beispielsweise ein Zahnrad, eine Zahnstange, ein Nocken, ein P-Rotor, ein Zahnkranz, ein Kettenzahnrad oder dergleichen. Das verdichtete Sintermaterial wird insbesondere mit Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt. Beispielsweise wird ein Metallpulver unter einem Druck in Verbindung mit einer Wärmebehandlung gesintert. Des Weiteren wird beispielsweise Metallpulver in Verbindung mit Kunststoff spritzgegossen sowie insbesondere unter einem Druck vorzugsweise mit einer Wärmebehandlung gesintert. Für eine Formgebung eines Sinterwerkstückes wird insbesondere eine Sinterform verwendet, die zumindest nahezu das Endmaß des herzustellenden Verzahnungselementes aufweist. Bevorzugt wird als Vorform das direkt aus dem Sinterprozess resultierende Werkstück verwendet. In einer anderen Variante kann jedoch auch wenigstens ein weiterer Oberflächenbearbeitungsschritt nachgeschaltet werden. Die Vorform weist dabei ein Aufmaß auf, welches als Differenz zu einem Endmaß aufzufassen ist, wobei die Differenz vorzugsweise punktweise senkrecht zur Oberfläche definiert ist.A toothed element is, for example, a toothed wheel, a rack, a cam, a P-rotor, a ring gear, a sprocket or the like. The compacted sintered material is produced in particular by powder metallurgy methods. For example, a metal powder is sintered under pressure in conjunction with a heat treatment. Furthermore, for example, metal powder is injection-molded in conjunction with plastic and in particular sintered under a pressure, preferably with a heat treatment. For a shaping of a sintered workpiece, in particular a sintered mold is used, which has at least almost the final dimension of the toothed element to be produced. The preform used is preferably the workpiece resulting directly from the sintering process. In another variant, however, at least one further surface treatment step can also be connected downstream. In this case, the preform has an allowance, which is to be understood as a difference to a final dimension, wherein the difference is preferably defined pointwise perpendicular to the surface.
Als ein Walzwerkzeug wird beispielsweise eine Walze verwendet, die mit einer Verzahnung ausgestattet ist, die mit der Verzahnung des Verzahnungselements in Eingriff bringbar ist. Ein derartiges Walzwerkzeug wird insbesondere unter einem Druck auf einer Oberfläche des Verzahnungselementes abgewälzt. Bevorzugt werden insbesondere gleichzeitig zwei oder mehrere derartige Walzwerkzeuge verwendet. Beispielsweise kann ein herzustellendes Zahnrad mittig zwischen zwei Wälzwerkzeugen angeordnet werden. Durch Zustellung beider Wälzwerkzeuge kann sodann eine Oberflächenverdichtung des Sintermaterials der Verzahnung bewirkt werden. Allgemein geht ein derartiges Herstellungsverfahren zum Beispiel aus
Beispielsweise kann auch ein erstes Walzwerkzeug unter einem ersten Druck im Wesentlichen zum Grobkonturwalzen und anschließend ein zweites Walzwerkzeug unter einem zweiten Druck zur Erzielung der gezielt einzustellenden Oberflächenverdichtung verwendet werden.For example, a first rolling tool can be used under a first pressure substantially for rough contour rolling and then a second rolling tool under a second pressure to achieve the targeted surface densification.
Das lokal-selektive Aufmaß ist so bemessen, dass das Verzahnungselement zumindest im Bereich wenigstens einer Flanke und eines Fußes eines Zahnes des Verzahnungselementes in einer Randschicht an einer Oberfläche lokal variiert verdichtet wird. Bevorzugt wird innerhalb der verdichteten Randschicht eine volle Dichte erreicht, wobei die volle Dichte bevorzugt bezogen auf eine Dichte eines vergleichbaren pulvergeschmiedeten Zahns zu verstehen ist. Beispielsweise weist eine Vorform aus einem Sinterwerkstoff in einem Kern eine Dichte von mindestens 6,8 d/cm3, vorzugsweise von mindestens 7,1 g/cm3 und insbesondere von mindestens 7,3 g/cm3 auf. In der verdichteten Randschicht weist die Vorform beispielsweise eine Dichte von zumindest 7,7 g/cm3, vorzugsweise von zumindest 7,8 g/cm3 auf, was der Dichte einer pulvergeschmiedeten Vorform aus dem gleichen Werkstoff entspricht. Besonders vorteilhaft wird dabei ein beanspruchungsgerechter Festigkeitsverlauf erzielt. Des Weiteren wird mit einem örtlich variablen und beanspruchungsgerechtem Dichteverlauf bevorzugt eine hoch beanspruchbare gesinterte Verzahnung bereitgestellt. Der Dichteverlauf kann insbesondere in den höher beanspruchten Bereichen einen größeren Dichtegrad über einen größeren Bereich aufweisen im Vergleich zu unmittelbar benachbarten Bereichen geringerer Belastung. Mittels einer Ermittlung eines optimierten Aufmasses lässt sich ein derartig hergestellte Verzahnung auch wirtschaftlich in wenigen Arbeitsschritten fertigen.The locally-selective allowance is dimensioned such that the toothed element is compacted locally at least in the area of at least one flank and one foot of a tooth of the toothed element in a peripheral layer on a surface. Preferably, a full density is achieved within the compacted edge layer, the full density preferably being understood based on a density of a comparable powder-forged tooth. For example, a preform made of a sintered material in a core has a density of at least 6.8 d / cm 3 , preferably at least 7.1 g / cm 3, and more preferably at least 7.3 g / cm 3 . In the compacted edge layer, the preform has, for example, a density of at least 7.7 g / cm 3 , preferably of at least 7.8 g / cm 3 , which corresponds to the density of a powder-forged preform of the same material. In this case, a load-bearing strength characteristic is achieved particularly advantageously. Furthermore, a highly stressable sintered toothing is preferably provided with a locally variable and load-adapted density profile. The density profile can have a greater degree of density over a larger area, in particular in the areas subject to higher stress, in comparison to areas of lesser load which are directly adjacent to one another. By means of a determination of an optimized dimension, a toothing produced in this way can also be manufactured economically in a few work steps.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die jeweils unterschiedlich verdichtete Randschicht Ober ein unterschiedliches Aufmaß entlang einer Flanke und/oder Zahngrund der Vorform miterzeugt. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Tiefe der verdichteten Randschicht, jeweils senkrecht zur Oberfläche betrachtet, in etwa am Ort einer maximalen Beanspruchung ein Maximum der Dichte aufweist. Dieses kann beispielsweise auf halber Höhe des Zahnes sein und jeweils zum Zahnkopf und zum Zahnfuß stetig auf Null abnehmen. Insbesondere zur Vermeidung von Pittings wird beispielsweise vorgesehen, dass in einem Bereich zwischen 20% und 30%, insbesondere zwischen 23% und 25% unterhalb des Wälzkreises eine besonders hohe Verdichtung im Sintermaterial eingestellt wird. Es können jedoch auch andere Verläufe vorgesehen werden. Insbesondere wird bei einer Auslegung eines Verdichtungsverlaufes ein Kraftverlauf auf einer Zahnflanke des Verzahnungselementes in seinem verwendungsgemäßen Einsatzzweck berücksichtigt. Beispielsweise werden dazu die an Zähnen eines Zahnrades in einem Getriebe auftretenden Kräfte herangezogen und die daraus resultierenden Vergleichsspannungsverläufe unterhalb der Oberfläche herangezogen. Diese Vorgehensweise ist auch bei anderen Verzahnungen möglich.According to one embodiment, the respective differently densified edge layer is co-produced with a different allowance along a flank and / or tooth base of the preform. For example, it is provided that a depth of the compacted edge layer, in each case viewed perpendicular to the surface, has a maximum of the density approximately at the location of maximum stress. This can be, for example, halfway up the tooth and steadily decrease towards the tooth head and tooth root to zero. In particular, in order to avoid pittings it is provided, for example, that in a range between 20% and 30%, in particular between 23% and 25% below the rolling circle, a particularly high compression in the sintering material is set. However, other courses can be provided. In particular, in a design of a compression curve, a force profile on a tooth flank of the toothed element in its intended use is taken into account. For example, the forces acting on teeth of a gear in a transmission are used and the resulting comparison voltage profiles are used below the surface. This procedure is also possible with other gears.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Aufmaß auf einer ersten Flanke des Zahns anders gewählt wird als auf einer zweiten Flanke des Zahns. Dabei wird insbesondere eine Kraftübertragungsrichtung bei einem verwendungsgemäßen Einsatzzweck eines Verzahnungselementes berücksichtigt. Bei einem Zahnrad in einem Getriebe wird hierzu beispielsweise berücksichtigt, dass abhängig von einer Drehrichtung in Drehrichtung andere Kräfte an den Zahnflanken auftreten als entgegen der Drehrichtung. Des Weiteren kann eine unterschiedliche Verdichtung aufgrund einer Drehrichtung eines Walzwerkzeuges kompensiert werden. Bevorzugt werden die Aufmaße so gewählt, dass nach einem Verdichtungsprozess ein identischer Verdichtungsverlauf entlang der ersten und der zweiten Zahnflanke resultiert.It is particularly advantageous if an allowance on a first flank of the tooth is selected differently than on a second flank of the tooth. In particular, a force transmission direction is considered in a purpose of use of a toothing element according to the use. In the case of a toothed wheel in a transmission, this takes into account, for example, that, depending on a direction of rotation in the direction of rotation, other forces occur on the tooth flanks than counter to the direction of rotation. Furthermore, a different compression due to a direction of rotation of a rolling tool can be compensated. Preferably, the oversizes are selected such that after a compression process, an identical compression profile results along the first and second tooth flanks.
Beispielsweise zur Vermeidung von Spannungsrissen in einem Zahnfuß bzw. Zahngrundbereich wird eine lokal verdichtete Oberflächenschicht auch in diesen Bereichen angestrebt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn in einem Zahngrund ein asymmetrisches Aufmaß gewählt wird. Beispielsweise weist ein linker Zahnfußbereich eine andere Verdichtungstiefe als ein rechter Zahnfuß auf. Insbesondere kann jeweils zwischen zwei Zähnen eine vorzugsweise stetige Variation einer Tiefe einer Randschicht durch eine entsprechende Variation des Aufmaßes bereitgestellt werden.For example, to avoid stress cracks in a tooth root or root area, a locally compressed surface layer is also sought in these areas. It is particularly useful if an asymmetric allowance is selected in a tooth base. For example, a left tooth root area has a different compression depth than a right tooth root. In particular, between two teeth in each case a preferably continuous variation of a depth of a boundary layer can be provided by a corresponding variation of the oversize.
Vorzugsweise wird bei der Ausgestaltung einer Verzahnung ein unterschiedliches, insbesondere asymmetrisches Aufmass nicht nur bezüglich einer Flanke, sondern vorzugsweise bezüglich zweiter einander gegenüberliegender Flanken vorgesehen. Zusätzlich wird ein unterschiedliches Aufmass im Zahnfuß vorgesehen, das vorzugsweise asymmetrisch ist. Auch können Zahnflanken und Zahnfüße einer Verzahnung jeweils asymmetrisch sein. Als Aufmass ist hierbei nicht nur die zur Verfügung Stellung von zusätzlichem Material zu verstehen. Vielmehr gehört dazu ebenfalls ein Untermaß. Darunter ist zu verstehen, dass weniger Sintermaterial in einem Beeich vorgesehen ist, als in Bezug auf eine Endkontur nach einem Bearbeitungsschritt vorgesehen sein müsste. Das ermittelte Untermaß stellt beispielsweise sicher, dass bei Verdrängung von Sintermaterial keine unerwünschten Erhebungen entstehen. Das Untermaß stellt daher einen durch insbesondere Verdrängung von Sintermaterial aufzufüllenden Bereich einer Vorform mit einer Verzahnung dar.Preferably, in the embodiment of a toothing, a different, in particular asymmetrical, measurement is provided not only with respect to one flank, but preferably with respect to second flanks lying opposite one another. In addition, a different measure in the tooth root is provided, which is preferably asymmetrical. Also tooth flanks and tooth roots of a toothing can each be asymmetric. As a measure here is not only the available position of additional material to understand. Rather, this also includes an undersize. By this is meant that less sintered material is provided in a Beeich than would have to be provided with respect to a final contour after a processing step. The determined undersize ensures, for example, that when displacing sintered material no undesirable elevations arise. The undersize therefore represents a region of a preform with a toothing that is to be replenished by, in particular, displacement of sintered material.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Eingriffswinkel an einem Zahn einer Verzahnung vorzusehen. So kann der Eingriffswinkel der einen Flanke des Zahn um zumindest 15% vom Eingriffswinkel der anderen Flanke des Zahns abweichen.In addition, it is possible to provide different pressure angles on a tooth of a toothing. Thus, the pressure angle of one flank of the tooth may differ by at least 15% from the pressure angle of the other flank of the tooth.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest 20 µm unterhalb einer Oberfläche einer ersten Flanke des Zahns eine um 2 %, bis zumindest 15 % höhere Dichte als auf einer zweiten Flanke des Zahns auf gleicher Höhe erzeugt wird. Bevorzugt wird auf der ersten Flanke des Zahns eine Dichte erzielt, die zumindest in etwa der Dichte entspricht, die für ein pulvergeschmiedetes Verzahnungselement erzielt wird, wohingegen die zweite Flanke eine geringere Dichte aufweist. Beispielsweise wird auf der einen Flanke eine Dichte in einem Bereich zwischen 7,2 g/cm3 und 7,7g/cm3 eingestellt, während in dem entsprechenden Bereich der zweiten Flanke eine Dichte zwischen 7,5 g/cm3 und 7,82 g/cm3 eingestellt wird. Insbesondere werden damit wiederum beispielsweise drehrichtungsabhängigen unterschiedlichen Belastungen der beiden Zahnflanken Rechnung getragen. Bevorzugt wird dabei ein anforderungsgerechter Elastizitäts- und Härteverlauf erzielt. Weiter bevorzugt wird dadurch eine Geräuschentwicklung beispielsweise in einem Getriebe verringert.In one embodiment, it is provided that at least 20 .mu.m below a surface of a first flank of the tooth is generated by 2% to at least 15% higher density than on a second flank of the tooth at the same height. Preferably, a density is achieved on the first flank of the tooth, which corresponds at least approximately to the density which is achieved for a powder-forged toothed element, whereas the second flank has a lower density. For example, a density in a range between 7.2 g / cm / set 3 and 7.7 g cm 3 on one side, while in the corresponding region of the second flank has a density between 7.5 g / cm 3 and 7.82 g / cm 3 is set. In particular, in turn, for example, rotational direction-dependent different loads of the two tooth flanks are taken into account. Preferably, a requirement-based elasticity and hardness profile is achieved. More preferably, this reduces a noise development, for example in a transmission.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein lokales Aufmaß auf einer ersten Flanke des Zahns um zumindest 10 % größer gewählt ist, als ein Aufmaß auf einer zweiten Flanke des Zahns auf gleicher Höhe. In einer ersten Variante wird dadurch beispielsweise erzielt, dass aufgrund unterschiedlicher Druckbeaufschlagung beim Verdichten in Abhängigkeit der Drehrichtung ein identischer Verdichtungsverlauf auf der ersten und der zweiten Zahnflanke erzielt wird. In einer weiteren Variante wird beispielsweise ein unterschiedlicher Verdichtungsverlauf auf der ersten und der zweiten Zahnflanke erzielt. Hierbei können insbesondere unterschiedliche maximalen Dichten, deren Tiefen wie aber auch deren Ort in Bezug auf die Höhe der Verzahnung gezielt eingestellt werden.Furthermore, it is provided that a local allowance on a first flank of the tooth is selected larger by at least 10% than an allowance on a second flank of the tooth at the same height. In a first variant, this achieves, for example, that an identical compression course is achieved on the first and the second tooth flank due to different pressurization during compression as a function of the direction of rotation. In a further variant, for example, a different compression course is achieved on the first and the second tooth flank. In particular, different maximum densities, their depths as well as their location in relation to the height of the toothing can be set specifically.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Betrag eines maximalen lokalen Aufmaßes wenigstens 15 µm, bevorzugt wenigstens 100 µm und besonders bevorzugt wenigstens 400 µm beträgt. Liegt die Dichte der Vorform in einem Bereich zwischen 7,2 g/cm3 und 7,5 g/cm3, wird bevorzugt ein maximales Aufmaß zwischen 20 und 150 µm vorgesehen. Liegt die Dichte der Vorform zwischen 6,7 g/cm3 und 7,2 g/cm3, wird bevorzugt ein maximales Aufmaß zwischen 50 µm und 500 µm verwendet. Ein Aufmaß kann dabei lokal auch negativ sein, wobei beispielsweise eine laterale Umverteilung von Material berücksichtigt wird. Eine laterale Umverteilung kann durch Fließen von Material infolge eines Walzvorganges erfolgen. Insbesondere kann ein zumindest lokal negatives Aufmaß vorgesehen sein, welches lokal unter dem Endmaß liegt. Das negative Aufmaß beträgt vorzugsweise maximal 100 µm. Gemäß einer Ausgestaltung beträgt das negative Aufmass maximal weniger als 50 µm und insbesondere weniger als 20 µm. Insbesondere liegt das maximale negative Aufmass in einem Bereich zwischen 100 µm und 20 µm.It is particularly expedient if an amount of a maximum local allowance is at least 15 μm, preferably at least 100 μm and particularly preferably at least 400 μm. If the density of the preform in a range between 7.2 g / cm 3 and 7.5 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 20 and 150 microns is provided. If the density of the preform between 6.7 g / cm 3 and 7.2 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 50 microns and 500 microns is used. An oversize may also be negative locally, taking into account, for example, a lateral redistribution of material. A lateral redistribution can be done by flowing material as a result of a rolling process. In particular, an at least locally negative oversize can be provided, which lies locally below the final dimension. The negative allowance is preferably at most 100 μm. According to one embodiment, the negative measurement is at most less than 50 μm and in particular less than 20 μm. In particular, the maximum negative allowance is in a range between 100 μm and 20 μm.
Vorzugsweise wird eine Verdichtung erzielt, die zumindest in einem Bereich einer Zahnflanke der Verzahnung eine Tiefe zwischen 1 mm und 1,5 mm erreicht. Die Verdichtung im Zahnfuß kann hingegen geringer sein. Gemäß einer Ausgestaltung ist die maximale Tiefe der Verdichtung einer Zahnflanke um zumindest den Faktor 6 größer als eine maximale Tiefe einer Verdichtung in einem Bereich des zugehörigen Zahnfußes. Dieses erlaubt, dass die Verzahnung einerseits eine ausreichende Festigkeit hat, andererseits aber auch eine gewisse Verformbarkeit behält. Ein Zahnbruch wird dadurch vermieden.Preferably, a compression is achieved which reaches a depth between 1 mm and 1.5 mm, at least in a region of a tooth flank of the toothing. The compaction in the tooth root, however, may be lower. According to one embodiment, the maximum depth of compaction of a tooth flank is greater by at least a factor of 6 than a maximum depth of compaction in a region of the associated tooth root. This allows the toothing on the one hand has sufficient strength, but on the other hand also retains a certain deformability. A tooth breakage is thereby avoided.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vorform und das Walzwerkzeug aufeinander abgewälzt werden, bis eine endgültig formgebende Bewegung zwischen dem dadurch hergestellten Verzahnungselement und dem Walzwerkzeug erzeugt wird. Dies wird beispielsweise zur Herstellung von miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern verwendet. Bevorzugt wird während des Abwälzvorganges mit dem Walzwerkzeug ein Abstand zwischen Walzwerkzeug und Vorform verringert. Entsprechend wird dazu insbesondere ein Wälzdruck eingestellt bzw. angepasst. Neben der Möglichkeit einer Kraftsteuerung kann auch eine Wegsteuerung an der Maschine verwirklicht sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine Kombination aus Kraft- und Wegsteuerung bei der Herstellung der Verzahnung vorzusehen. Dabei kann auch in einem Abschnitt der Herstellung eine reine Wegsteuerung erfolgen und in einem anderen Abschnitt der Herstellung eine reine Kraftsteuerung. Auch können sich diese mehrmals abwechseln.In one embodiment of the method, it is provided that the preform and the rolling tool are rolled on each other until a final shaping movement between the toothed element produced thereby and the rolling tool is generated. This is used for example for the production of intermeshing gears. Preferably, a distance between the rolling tool and preform is reduced during the rolling process with the rolling tool. Accordingly, in particular a rolling pressure is adjusted or adjusted. In addition to the possibility of force control and a path control can be realized on the machine. In addition, it is possible to provide a combination of force and path control in the manufacture of the teeth. In this case, in one section of the production, a pure travel control can take place and in another section of the production a pure force control. These can also alternate several times.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels Walzbewegung zwischen der Vorform und dem Walzwerkzeug eine zykloidenförmige und/oder evolventenförmige Verzahnung entsteht.In a further embodiment, it is provided that by means of rolling movement between the preform and the rolling tool, a cycloid-shaped and / or involute-shaped toothing arises.
Eine weitere Verbesserung einer Oberflächenhärtung kann insbesondere damit erzielt werden, dass das Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächenverdichteten metallenen Verzahnungselementes einen thermischen und/oder chemischen Oberflächenhärtungsprozess umfasst.A further improvement of a surface hardening can be achieved, in particular, by using the method for producing an at least partially surface-compacted metal Verzahnungselementes comprises a thermal and / or chemical surface hardening process.
In einer ersten Variante wird als thermischer und/oder chemischer Härtungsprozess beispielsweise eine Einsatzhärtung verwendet. Bevorzugt wird dabei neben einer Erhöhung der Härte ein Abbau von Verspannungen erzielt. In einer weiteren Variante wird beispielsweise ein Carbonitrierungsprozess verwendet. Des Weiteren kann ein Nitrier- beziehungsweise Nitrocaborierprozess sowie ein Borierprozess verwendet werden. Insbesondere wird bei diesen Prozessen in Verbindung mit einer Wärmebehandlung ebenfalls eine Verringerung einer Verspannung erzielt. Durch Einstellung des herrschenden Druckes kann ebenfalls Einfluß auf die Härtung genommen werden. Beispielsweise kann ein Vakuum eingestellt werden, insbesondere wenn eine Einsatzhärtung vorgenommen wird. Auch besteht die Möglichkeit, eine Induktionshärtung vorzunehmen.In a first variant, for example, case hardening is used as the thermal and / or chemical hardening process. Preference is given here in addition to an increase in hardness, a reduction of tension. In a further variant, for example, a carbonitriding process is used. Furthermore, a nitration or nitrocaboration process as well as a boriding process can be used. In particular, in these processes in conjunction with a heat treatment, a reduction of a strain is also achieved. By adjusting the prevailing pressure can also be influenced on the curing. For example, a vacuum can be set, especially if case hardening is performed. It is also possible to perform an induction hardening.
Die Härtung wird gemäß einer Ausgestaltung nur partiell ausgeführt, beispielsweise nur im Bereich der Verzahnung vorgenommen.The curing is performed only partially according to an embodiment, for example, made only in the field of teeth.
In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächengehärteten metallenen Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist, die Schritte "Kaltes oder warmes Verpressen, Sintern, Maß- und Oberflächenverdichtungswalzen sowie Einsatzhärtung" umfasst. Beispielsweise erfolgt zunächst ein kaltes Verpressen eines Metallpulvers in einer Form, welche zumindest in etwa das Endmaß des herzustellenden Verzahnungselementes aufweist. In einem zweiten Schritt erfolgt beispielsweise der Sinterprozess unter Wärmeeinwirkung mit oder ohne Druckeinwirkung. Vorzugsweise daran anschließend erfolgt die Maß- und Oberflächenverdichtung mittels Walzen. Wie bereits weiter oben erwähnt erfolgt ein Maß- und Oberflächenverdichtungswalzen vorzugsweise gleichzeitig mittels wenigstens zweier Walzwerkzeuge. Daran anschließend kann schließlich die Härtung, insbesondere Einsatzhärtung erfolgen, die eine weitere Härtung der Oberfläche ermöglicht.In a preferred variant, it is provided that a method for producing an at least partially surface-hardened metal toothed element which has a compacted sintered material comprises the steps "cold or hot pressing, sintering, dimensional and surface compacting rolls and case hardening". For example, a cold pressing of a metal powder first takes place in a mold which has at least approximately the final dimension of the toothed element to be produced. In a second step, for example, the sintering process takes place under the action of heat with or without pressure. Preferably thereafter, the dimensional and surface compression takes place by means of rollers. As already mentioned above, dimensional and surface compacting rolls preferably take place simultaneously by means of at least two rolling tools. After this, finally, the curing, in particular case hardening can take place, which allows a further hardening of the surface.
Weitere mögliche Verfahrensschritte bzw. Verfahrensabläufe wie auch nähere Angaben zu Werkstücken sind im folgenden beispielhaft angegeben. Die Verfahrensschritte sind jedoch auch mit anderen Materialien und erreichten Dichtewerten ausführbar. Die verwendbaren Sintermaterialien sind wie folgt allgemein im Rahmen der Erfindung nutzbar, wobei beispielhaft verwendbare Materialen angegeben werden:
- gemischte Pulver (admixed powders): Zum Beispiel Eisenpulver wird mit anderen vorzugsweise elementaren Pulvern gemischt. Zum Beispiel:
Ancorsteel 1000+1,5-3,5 w/o Cu + 0,6-1,1 w/o Graphit + 0,5-1,2 w/o Schmiermittel Ancorsteel 1000B+1,5-2,2 w/o Ni + 0,4-0,9 w/o Graphit + 0,6-1,1 w/o Schmiermittel
- teilweise legierte Pulver (partially alloyed, diffusion alloyed powders): Ein Pulver bei dem der oder die Legierungsbestandteile metallurgisch mit elementarem Pulver oder vorlegiertem Pulver verbunden sind. Zum Beispiel: Distaloy AB, Distaloy 4600A, Distaloy AE, Distaloy 4800A
- vorlegierte Pulver (pre-alloyed powders): Pulver aus zwei oder mehr Elementen, die während der Pulverherstellung legiert werden, wobei die Pulverpartikel gleichverteilt werden. Zum Beispiel: Ancorsteel 4600V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86, Ancorsteel 150HP
- Hybridlegierung (hybrid alloy): vorlegierte oder partiell legierte Pulver mit elementaren oder eisenlegierten Zugaben, die vermischt werden, um die gewünschte Materialzusammenstellung zu erhalten. Zum Beispiel:
- Ancorsteel 85P+1,5-2,5 w/o Ni + 0,4-0,8 w/o Graphit + 0,55-1,1 w/o Schmierzusatz Distaloy AE + 1,5-2,5 w/o NI + 0,4-0,8 w/o Graphit + 0,55-0,95 Schmierzusatz Ancorsteel 85HP + 1,1-1,6 w/o FeMn + 0,35-0,65 w/o Graphit + 0,6-0,95 Schmierzusatz
- 1. Das Werkstück weist eine Kerndichte zwischen 6,5 und 7,5 g/cm3 auf. Die Oberflächendichte beträgt mehr als 7,5 g/cm3. Eine maximale Dichte wird bis zu einer
0,1 mm erzeugt.Tiefe von
Ausgangsmaterialien für die Vorform sind sintermetallische Pulver, insbesondere vorlegierte Materialien, partiell legierte Materialien oder Hybridlegierungen.
Mit einem vorlegiertem Material wird ein Kaltverpressen, ein Sintern in einem Temperaturbereich zwischen 1100°C und 1150°C, ein Oberflächenverdichten, ein Einsatzhärten und ein anschließendes Schleifen vorgenommen, um eine Endform eines Werkstücks mit Verzahnung zu erzielen.
Mit einem partiell legierten metallischem Sintermaterial wird ein Warmpressen bei einer Pressentemperatur in einem Bereich zwischen 50°C und 80°C, ein Hochtemperatursintem in einem Bereich vorzugsweise zwischen 1250°C und 1280°C, ein Oberflächenverdichten, ein anschließendes Vakuum-Einsatzhärten und ein Honen durchgeführt, um eine Endform eines Werkstücks mit Verzahnung zu erzielen.
Mit einem Sintermaterial aufweisen eine Hybridlegierung wird ein Warmpressen ausgeführt, bei dem vorzugsweise das Pulver und das Werkzeug erhitzt sind. Vorzugsweise sind diese in einem Bereich zwischen 120°C und 150° aufgeheizt. Anschließend erfolgte ein Sinterschritt, beispielsweise als Hochtemperatursintem, ein Oberflächenverdichten und anschließend Induktionshärten. Eine Nachbehandlung kann beispielsweise entfallen. - 2. Die Vorform ist pulvergeschmiedet. Diese Vorform wird zumindest teilweise im Bereich der Zahnflanken und/oder des Zahnfußes oberflächenverdichtet. Eine Kerndichte des Werkstücks beträgt zwischen 5,7 g/cm3 und 7,7 g/cm3. Eine Oberflächendichte im Bereich der beträgt mehr als 7,8 g/cm3, wobei vorzugsweise in diesem Bereich alle verbliebenen Poren an der Oberfläche verschlossen sind. Es kann jedoch auch eine Maximaldichte bis zu einer
Tiefe von 1,5 mm erzeugt werden.
Ein Herstellungsverfahren kann wie folgt ablaufen: Wahl des Pulvermaterials, Kaltpressen des Pulvermaterials, Sintern vorzugsweise mit einer Temperatur um ca. 1120°C, anschließen Schmieden, vorzugsweise bei einer Temperatur um die 1000°C, eventuelles Entfernen einer Oxidationsschicht, Oberflächenverdichten insbesondere durch Wälzen, Oberflächenhärten, insbesondere Einsatzhärten, und eventuelles anschließendes partielles Schleifen auf eine Endkontur. Das Verfahren kann ganz oder teilweise in einer Fertigungstrasse ablaufen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass beim Oberflächenhärten ein Vakuum-Einsatzhärten ausgeführt wird, an den sich ein Honschritt für partielle Bereiche der Verzahnung anschließen. - 3. Insbesondere für die Produktion von Rotoren und Ölpumpenräder wird eine Vorform aus einem aluminiumhaltigen Material im Bereich der Zahnflanken und/oder der Zahnfüße oberflächenverdichtet. Beim Oberflächenverdichten wird insbesondere eine Endform der Verzahnung erzielt. Die Kerndichte des Werkstücks beträgt vorzugsweise zwischen 2, 6 g/cm3 und 2,8 g/cm3.
Das Sintermaterial wird beispielsweise warmgepresst, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 40°C und 65°C, anschließend entwachst, beispielsweise bei einer Temperaturvon mehr als 400°C, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 420°C und 440°C dann gesintert, beispielsweise in einem Temperaturbereich oberhalb von 550°, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 600°C und 630°C, dann homogenisiert und gekühlt , beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 480°C und 535°C, wobei anschließend ein Oberflächenverdichten insbesondere durch Walzen erfolgt. Anschließend kann eine Aushärtung erfolgen, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 185°C für einen Zeitraum zwischen 6 h und 24 h. - 4. Die Vorform wird vorzugsweise entlang der Zahnflanke und des Zahnfußes verdichtet, wobei insbesondere zwei Walzwerkzeuge eingesetzt werden, in deren Mitte die Vorform drehbar angeordnet wird. Eine Kerndichte des Werkstücks beträgt je nach Material vorzugsweise zwischen 7,2 g/cm3 und 7,5 g/cm3, eine Oberflächendichte ist materialabhängig zumindest abschnittsweise größer als 7,8 g/cm3. Eine maximale Dichte ist insbesondere bis zu einer
Tiefe von 1 mm vorliegend, eventuell auch darüber hinaus.
Von den Herstellungsschritten wird gemäß einer Ausgestaltung vorgeschlagen, vorlegiertes Material kalt zu verpressen, anschließend zu sintern, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen. 1100°C und 1150°C, eine Oberflächenverdichtung durchzuführen, eine Härtung auszuführen und die Oberfläche partiell eventuell zu schleifen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, ein partiell legiertes Sintermaterial warm zu verpressen, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 50°C und 90°C, ein Hochtemperatursintem auszuführen, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 1240°C und 1290°C, eine Oberflächenverdichtung durchzuführen, eine Vakuum-Einsatzhärtung vorzunehmen und eventuell anschließend zu honen.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, eine Hybridlegierung heiß zu verpressen, wobei das Pulver und das Presswerkzeug vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 160°C aufgewärmt sind. Nach einem Sinterschritt erfolgt eine Oberflächenverdichtung, an die sich eine Härtung, vorzugsweise eine Induktionshärtung anschließt. - 5. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das einem Vorsintern ein Oberflächenverdichten nachfolgt und dann wiederum ein Nachsintern als Verfahrensschritt bei der Herstellung eines Werkstückes mit Verzahnung vorgesehen ist. Das Vorsintern kann beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 650°C bis 950°C erfolgen. Das Nachsintem kann beispielsweise bei einer für das Material üblichen Sintertemperatur erfolgen, zum Beispiel zwischen 1050°C und 1180°C. Auch besteht die Möglichkeit der Hochtemperatursinterung, zum Beispiel im Bereich zwischen 1250°C und 1280°C. Hiernach kann sich optional ein Härten und/oder eine Nachbearbeitung anschließen, zum Beispiel ein Honen oder auch ein Schleifen.
Das vorhergehende Verpressen kann kalt, warm oder heiß erfolgen, wobei bei letzterem vorzugsweise das Presswerkzeug und das Pulver aufgeheizt sind. Beispielsweise erfolgt das Heizpressen in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 160°C. - 6. Eine Weiterbildung sieht vor, dass einem Nachsinterschritt ein Sinterhärten nachfolgt. Optional kann sich daran ein Schleifen oder Honen anschließen.
- 7. Ein weiteres Herstellungsverfahren sieht vor, die Vorform bei einer Temperatur zu verdichten, die oberhalb von 150°C liegt, insbesondere über 500°C. Beispielsweise kann die Vorform direkt von einem Sinterofen in eine Maschine zur Oberflächenverdichtung geführt werden. Dabei kann die Vorform eine Temperatur aufweisen, die beispielsweise oberhalb
von 600°C liegt, insbesondere auch über 800°C beträgt. Vorzugsweise werden das oder die Werkzeuge zur Oberflächenverdichtung beheizt, zum Beispiel auf eine Temperatur von etwa 150°C. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist das Werkzeug zur Oberflächenverdichtung gekühlt, vorzugsweise durch eine im Inneren des Werkzeugs verlaufende Kühlung. - 8. Ein weiteres Herstellungsverfahren sieht vor, dass eine Oberflächenverdichtung erfolgt, während die Vorform zumindest partiell beheizt wird. Insbesondere erfolgt die Beheizung auf eine Temperatur, die das Oberflächenverdichten vereinfacht. Vorzugsweise wird hierfür eine Induktionsbeheizung eingesetzt. Anschließend erfolgt ein rasches Kühlen, um eine martensitische Struktur zu schaffen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Ausform-Prozess mit einer Oberflächenverdichtung kombiniert werden.
- For example, iron powder is mixed with other preferably elemental powders. For example:
-
Ancorsteel 1000 + 1.5-3.5 w / o Cu + 0.6-1.1 w / o graphite + 0.5-1.2 w / o lubricant Ancorsteel 1000B + 1.5-2.2 w / o o Ni + 0.4-0.9 w / o graphite + 0.6-1.1 w / o lubricant
-
- Partially alloyed, diffusion alloyed powders: A powder in which the alloying element (s) are metallurgically bonded to elemental powder or prealloyed powder. For example: Distaloy AB, Distaloy 4600A, Distaloy AE, Distaloy 4800A
- Pre-alloyed powders: powders of two or more elements which are alloyed during powder production, whereby the powder particles are uniformly distributed. For example: Ancorsteel 4600V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86, Ancorsteel 150HP
- Hybrid alloy: pre-alloyed or partially alloyed powders with elemental or iron-alloyed admixtures which are mixed to obtain the desired composition of materials. For example:
- Ancorsteel 85P + 1.5-2.5 w / o Ni + 0.4-0.8 w / o graphite + 0.55-1.1 w / o Lubricating additive Distaloy AE + 1.5-2.5 w / o o NI + 0.4-0.8 w / o graphite + 0.55-0.95 lubricant additive Ancorsteel 85HP + 1.1-1.6 w / o FeMn + 0.35-0.65 w / o graphite + 0.6-0.95 lubricant additive
- 1. The workpiece has a core density between 6.5 and 7.5 g / cm 3 . The surface density is more than 7.5 g / cm 3 . A maximum density is generated to a depth of 0.1 mm.
Starting materials for the preform are sintered metallic powders, in particular pre-alloyed materials, partially alloyed materials or hybrid alloys.
Cold-pressing, sintering in a temperature range between 1100 ° C. and 1150 ° C., surface compacting, case hardening and subsequent grinding are performed on a prealloyed material to achieve a final shape of a toothed workpiece.
With a partially alloyed metallic sintered material, hot pressing at a press temperature in a range between 50 ° C and 80 ° C, a high temperature sinter in a range preferably between 1250 ° C and 1280 ° C, surface compacting, subsequent vacuum case hardening and honing performed to achieve a final shape of a workpiece with toothing.
With a sintered material comprising a hybrid alloy, a hot pressing is carried out, in which preferably the powder and the tool are heated. Preferably these are heated in a range between 120 ° C and 150 °. Subsequently, a sintering step was carried out, for example as a high-temperature sinter, surface compacting and then induction hardening. An aftertreatment can be omitted, for example. - 2. The preform is powder forged. This preform is at least partially surface-compacted in the region of the tooth flanks and / or the tooth root. A core density of the workpiece is between 5.7 g / cm 3 and 7.7 g / cm 3 . A surface density in the range of more than 7.8 g / cm 3 , wherein preferably in this area all remaining pores are closed at the surface. However, a maximum density up to a depth of 1.5 mm can also be generated.
A manufacturing process can proceed as follows: choice of the powder material, cold pressing of the powder material, sintering preferably at a temperature of about 1120 ° C, connect forging, preferably at a temperature around 1000 ° C, eventually removing an oxidation layer, surface compacting in particular by rolling, Surface hardening, in particular case hardening, and possibly subsequent partial grinding to a final contour. The process can take place completely or partially in a production line.
A further embodiment provides that during surface hardening, a vacuum case hardening is carried out, followed by a honing step for partial areas of the toothing. - 3. In particular, for the production of rotors and oil pump wheels, a preform made of an aluminum-containing material in the region of the tooth flanks and / or the tooth roots is surface-compacted. In surface compacting, in particular a final shape of the toothing is achieved. The core density of the workpiece is preferably between 2, 6 g / cm 3 and 2.8 g / cm 3 .
The sintered material is hot pressed, for example, at a temperature between 40 ° C and 65 ° C, then dewaxed, for example at a temperature of more than 400 ° C, in particular in a temperature range between 420 ° C and 440 ° C then sintered, for example in a temperature range above 550 °, in particular in a temperature range between 600 ° C and 630 ° C, then homogenized and cooled, for example to a temperature between 480 ° C and 535 ° C, then followed by a surface compression, in particular by rolling. Subsequently Curing may take place, for example in a temperature range between 120 ° C and 185 ° C for a period between 6 h and 24 h. - 4. The preform is preferably compressed along the tooth flank and the tooth root, in particular two rolling tools are used, in the middle of which the preform is rotatably arranged. Depending on the material, a core density of the workpiece is preferably between 7.2 g / cm 3 and 7.5 g / cm 3 ; depending on the material, a surface density, at least in sections, is greater than 7.8 g / cm 3 . A maximum density is present in particular to a depth of 1 mm, possibly even beyond.
According to an embodiment, it is proposed by the production steps to cold-press pre-alloyed material, then to sinter, in particular in a temperature range between. 1100 ° C and 1150 ° C to carry out a surface compaction, to perform a hardening and possibly to grind the surface partially.
Another embodiment envisages hot pressing a partially alloyed sintered material, in particular in a temperature range between 50 ° C. and 90 ° C., carrying out a high temperature sintering, in particular in a temperature range between 1240 ° C. and 1290 ° C., performing a surface compression, a vacuum Use hardening and possibly then to honing.
Another embodiment provides hot pressing a hybrid alloy, wherein the powder and the pressing tool are preferably heated in a temperature range between 120 ° C and 160 ° C. After a sintering step, surface compacting takes place, followed by hardening, preferably induction hardening. - 5. Furthermore, there is the possibility that a pre-sintering follows a surface compression and then again a resintering is provided as a method step in the manufacture of a workpiece with teeth. The pre-sintering can be carried out, for example, in a temperature range between 650 ° C to 950 ° C. The Nachsintem can be done for example at a usual sintering temperature for the material, for example, between 1050 ° C and 1180 ° C. There is also the possibility of high-temperature sintering, for example in the range between 1250 ° C and 1280 ° C. Thereafter, hardening and / or post-processing can optionally follow, for example honing or grinding.
The previous pressing can be done cold, warm or hot, in the latter preferably the pressing tool and the powder are heated. For example, the hot pressing in a temperature range between 120 ° C and 160 ° C. - 6. A further development provides that a subsequent sintering step is followed by a sintering hardening. Optionally, this may be followed by grinding or honing.
- 7. Another production method provides to compress the preform at a temperature which is above 150 ° C, in particular above 500 ° C. For example, the preform can be fed directly from a sintering furnace into a surface compacting machine. In this case, the preform may have a temperature which, for example, is above 600 ° C., in particular also above 800 ° C. Preferably, the tool or tools are heated for surface compaction, for example to a temperature of about 150 ° C. According to another embodiment, the tool for surface compaction is cooled, preferably by running inside the tool cooling.
- 8. Another production method provides that a surface compression takes place while the preform is at least partially heated. In particular, the heating is carried out at a temperature that simplifies the surface compacting. Preferably, this induction heating is used. This is followed by rapid cooling to create a martensitic structure. In this way, for example, a molding process can be combined with a surface compaction.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass eine Oberflächenverdichtung mit unterschiedlichsten Verfahren ausführbar. Eine Ausgestaltung sieht insbesondere vor, dass in einem ersten Bereich die Oberflächenverdichtung mit einem anderen Verfahren ausgeführt wird als in einem zweiten, anderen Bereich. Als Verfahren können dabei eine Strahlverfestigung, ein Kugelstrahlen, eine Verdichtung mittels einer Kugel, mittels einer Walze oder mittels eines anderen rotierbaren Körpers, mittels zahnförmig gestalteter Werkzeuge, insbesondere Walzwerkzeuge und ähnliches zum Einsatz kommen. Diese Verfahren sind auch jeweils einzeln getrennt voneinander geeignet, eine notwendige Oberflächenverdichtung zu erlauben.A further embodiment provides that a surface compression can be carried out using a wide variety of methods. One embodiment provides, in particular, that in a first region the surface compression is carried out using a different method than in a second, different region. As a method, beam hardening, shot peening, compacting by means of a ball, by means of a roller or by means of another rotatable body, by means of tooth-shaped tools, in particular rolling tools and the like, can be used. These methods are also individually separately suitable to allow a necessary surface compaction.
Beispielsweise wird der Zahnfuß gar nicht oder nur leicht mit einem Werkzeug verdichtet, mit dem auch die Zahnflanke verdichtet wird. Es besteht die Möglichkeit, die Oberfläche in einem Abschnitt so weit zu verdichten, dass nur die Poren an der Oberfläche verschlossen sind. Anschließend kann der Zahnfuß mit einem anderen Werkzeug beziehungsweise Oberflächenverdichtungsverfahren bearbeitet werden. Insbesondere kann darüber eine unterschiedliche Oberflächenverdichtung entlang der Zahnflanke im Vergleich zum Zahnfuß erreicht werden. Beispielsweise lassen sich so unterschiedliche Oberflächenqualitäten, beispielsweise bezüglich der Rauhigkeit, einstellen. Auch kann die maximale Oberflächenvertiefung unterschiedlich aufgrund der verschiedenen Techniken sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das gesamte Werkstück mit der Verzahnung eine Oberflächenverdichtung erhält, so zum Beispiel beim Oberflächenstrahlen. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch aluminiumhaltige Sintermaterialien oder andere oxidbildende Sintermaterialien bearbeiten, da mit der Oberflächenverdichtung zusätzlich auch ein Entfernen einer Oxidschicht ermöglich werden kann.For example, the tooth root is not or only slightly compressed with a tool with which the tooth flank is compressed. It is possible to compact the surface in a section so far that only the pores on the surface are closed are. Subsequently, the tooth root can be processed with another tool or Oberflächenverdichtungsverfahren. In particular, it is possible to achieve a different surface compression along the tooth flank in comparison with the tooth root. For example, it is possible to set different surface qualities, for example with regard to roughness. Also, the maximum surface depth may be different due to the different techniques. Furthermore, there is the possibility that the entire workpiece with the toothing receives a surface compression, such as surface blasting. In this way, in particular aluminum-containing sintered materials or other oxide-forming sintered materials can be processed, since with the surface densification in addition also removal of an oxide layer can be made possible.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vervendung eine Vorform in einem Verfahren gemäß Anspruch 14 zur Herstellung eines oberflächengehärteten metallenen Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist, wobei eine erste und eine zweite Flanke eines Zahns jeweils voneinander abweichende asymmetrische Aufmaße aufweisen wobei im Zahngrundbereich das Aufmaß ein lokales Minimum aufweist. Des Weiteren ist auch vorgesehen, dass ein erster und ein zweiter Fußbereich eines Zahnes voneinander abweichende, insbesondere asymmetrische Aufmaße aufweisen.The invention further relates to a use of a preform in a method according to claim 14 for producing a surface-hardened metal toothed element, which comprises a compacted sintered material, wherein a first and a second edge of a tooth each have different asymmetric dimensions in the Zahngrundbereich the allowance a local minimum having. Furthermore, it is also provided that a first and a second foot region of a tooth have divergent, in particular asymmetrical, measurements.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verzahnungselement mit einem metallischen Sinterwerkstoff gemäß Anspruche 17, wobei das Verzahnungselement zumindest im Bereich wenigstens einer Flanke und eines Fußes eines Zahnes des Verzahnungselementes eine lokal variierte Verdichtung aufweist und eine Tiefe einer verchichteten Randschicht im Fußbereich geringer ist als auf einer Zahnflanke. Bevorzugt wird dadurch eine für viele Anwendungen zweckmäßige Elastizität des pulvermetallurgischen Materials in Verbindung mit einer Oberflächenhärtung ermöglicht. Besonders bevorzugt wird beispielsweise bei Getriebezahnrädern eine Geräuschreduktion bei der Kraftübertragung ermöglicht und gleichzeitig eine gute Verschleißbeständigkeit bereitgestellt.Furthermore, the invention relates to a toothed element with a metallic sintered material according to claim 17, wherein the toothed element at least in the region of at least one flank and one foot of a tooth of the toothed element has a locally varied densification and a depth of a layered edge layer in the foot region is less than on a tooth flank. This is preferably a suitable for many applications elasticity of the powder metallurgical material in conjunction with a surface hardening possible. Particularly preferred, for example, in transmission gears, a noise reduction in the power transmission allows and at the same time provided a good wear resistance.
In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass das Verzahnungselement ein gradverzahntes Zahnrad ist.In a first variant, it is provided that the toothed element is a toothed gear.
Insbesondere für eine verbesserte Kraftübertragung wie auch zur Geräuschreduzierung zwischen Zahnrädern ist in einer weiteren Variante vorgesehen, dass das Verzahnungselement ein schräg verzahntes Zahnrad ist. Des Weiteren kann in einer anderen Variante auch eine Kegelzahnrad vorgesehen sein. Entsprechend der weiter oben angeführten Beschreibung ist es zweckmäßig, wenn einander gegenüberliegende Flanken von Zähnen eines Verzahnungselementes eine asymmetrische Verdichtung aufweisen.In particular, for an improved power transmission as well as for noise reduction between gears is provided in a further variant, that the toothed element is a helical gear. Furthermore, in another variant, a bevel gear can be provided. According to the above description, it is expedient if opposing flanks of teeth of a toothed element have an asymmetric compression.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine asymmetrische Verdichtung in einem Fußbereich vorliegt Diese Verdichtung ist dabei insbesondere an bei einem verwendungsgemäßem Einsatz auftretende Kräfte angepasst. Zur Vermeidung von Spannungsanrissen ist insbesondere vorgesehen, dass die Tiefe der lokal verdichteten Randschicht nur so hoch ist, dass noch eine ausreichende Elastizität bzw. Steifigkeit des Zahns gewährleistet wird. Besonders bevorzugt ist die Tiefe der verdichteten Randschicht im Fußbereich geringer als auf einer Zahnflanke.Furthermore, it is expedient if an asymmetrical compaction is present in a foot region. This compaction is adapted in particular to forces occurring during a use according to the purpose. In order to avoid stress cracks, provision is made in particular for the depth of the locally densified edge layer to be only so high that sufficient elasticity or rigidity of the tooth is still ensured. Particularly preferably, the depth of the compacted edge layer is less in the foot region than on a tooth flank.
Für ein Material eines Verzahnungselementes können verschiedene Zusammensetzungen vorgesehen werden. In einer ersten Variante ist ein Eisenwerkstoff als Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes und wenigstens ein Legierungsbestandteil aus der Gruppe Kohlenstoff, Molybdän, Nickel, Kupfer, Mangan, Chrom und Vanadium ausgewählt. Eine Eisenlegierung ist beispielsweise Fe -1,0 Cr -0,3 V +0,2 bezogen auf eine Referenz 15CrNiMo6. Eine weitere Eisenlegierung ist beispielsweise Fe -1,5 Mo +0,2C bezogen auf 20MnCr5. Des Weiteren ist beispielsweise als eisenhaltige Legierung Fe -3,5 Mo bezogen auf 16MnCr5 vorgesehen. Ebenso kann beispielsweise die Legierung C 0,2% Cr 0,5% Mn 0,5% Mo 0,5%, wobei der Rest Eisen und Verunreinigung beinhaltet, verwendet werden. Daneben können weitere Zusammensetzungen vorgesehen sein.For a material of a toothed element, various compositions may be provided. In a first variant, a ferrous material is selected as the main constituent of the sintered material and at least one alloying constituent from the group consisting of carbon, molybdenum, nickel, copper, manganese, chromium and vanadium. An iron alloy is, for example, Fe -1.0 Cr -0.3 V +0.2 relative to a reference 15CrNiMo6. Another iron alloy is for example Fe -1.5 Mo + 0.2C based on 20MnCr5. Furthermore, for example, as the iron-containing alloy Fe -3.5 Mo based on 16MnCr5 is provided. Also, for example, the alloy C may be used 0.2% Cr 0.5% Mn 0.5% Mo 0.5%, with the balance iron and impurity. In addition, other compositions may be provided.
Vorzugsweise für eine Verringerung eines Gewichtes eines Verzahnungselementes ist vorgesehen, dass als Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes Aluminium oder Magnesium ausgewählt ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine oberflächenverdichtete Verzahnung aus Sintermaterial mindestens 80% Aluminium aufweist sowie zumindest Kupfer und Magnesium als weitere Sintermaterialien. Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich Silizium als Sintermaterial genutzt wird. Beispielsweise kann Silizium in einem Bereich von etwa 0,45% bis etwa 0,8%, vorzugsweise zwischen 0,6% und 0,75 %. Silizium kann jedoch auch in einem höheren Bereich vorliegen, zum Beispiel zwischen 13% und 17%, insbesondere zwischen 14,5% und 15,5%. Ist der Siliziumanteil höher, wird der Kupferanteil am Sintermaterial verringert So kann eine erste Mischung beispielsweise Kupfer mit 4% bis 5% Anteil, Silizium mit 0,45% bis etwa 0,8% Anteil, Magnesium mit etwa 0,35% bis 0,7% Anteil und den Rest zumindest hauptsächlich Aluminium aufweisen. Zusätzlich wird vorzugsweise ein Presshilfsmittel hinzugefügt. Dieses kann einen Anteil zwischen 0,8 und 1,8% aufweisen. Beispielsweise kann ein Wachs, insbesondere Amidwachs hierfür genutzt werden. Eine zweite Mischung kann beispielsweise Kupfer mit 2,2% bis 3% Anteil, Silizium mit 13% bis etwa 17% Anteil, Magnesium mit etwa 0,4% bis 0,9% Anteil und den Rest zumindest hauptsächlich Aluminium aufweisen. Ebenfalls kann ein Presshilfsmittel so wie oben beispielhaft angegeben Verwendung finden. Nach einer Oberflächenverdichtung weist zumindest ein Bereich der Verzahnung eine Dichte von beispielsweise mehr als 2,5g/cm3 vorzugsweise bis zur Maximaldichte auf. Vorzugsweise weist ein derartig hergestelltes Werkstück mit einer Verzahnung eine Zugfestigkeit von mindestens 240 N/mm2 und eine Härte von mindestens 90HB auf. Ist der Silizium höher, kann die Dichte insbesondere auch mehr als 2,6 g/cm3 betragen.Preferably, for a reduction of a weight of a toothed element is provided that aluminum or magnesium is selected as the main component of the sintered material. According to one aspect of the invention, it is provided that a surface-compressed toothing made of sintered material has at least 80% aluminum and at least copper and magnesium as further sintering materials. A first embodiment provides that additionally silicon is used as sintered material. For example, silicon may range from about 0.45% to about 0.8%, preferably between 0.6% and 0.75%. However, silicon may also be present in a higher range, for example between 13% and 17%, in particular between 14.5% and 15.5%. If the silicon content is higher, the proportion of copper in the sintered material is reduced. For example, a first mixture may contain 4% to 5% copper, silicon 0.45% to about 0.8%, magnesium 0.35% to 0, 7% share and the rest at least mainly comprise aluminum. In addition, a pressing aid is preferably added. This can range between 0.8 and 1.8%. For example, a wax, in particular amide wax used for this purpose. For example, a second blend may comprise copper at 2.2% to 3%, silicon at 13% to about 17%, magnesium at about 0.4% to 0.9%, and the balance at least primarily aluminum. Also, a pressing aid can be used as exemplified above. After a surface compaction, at least one region of the toothing has a density of, for example, more than 2.5 g / cm 3, preferably up to the maximum density. Preferably, such a manufactured workpiece with a toothing has a tensile strength of at least 240 N / mm 2 and a hardness of at least 90HB. If the silicon is higher, the density may in particular also be more than 2.6 g / cm 3 .
Eine zweite Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich zumindest Zink als Sintermaterial neben Kupfer und Magnesium als Zusätze und Aluminium genutzt wird. Vorzugsweise hat Kupfer einen Anteil in einem Bereich zwischen 1,2% und 2,1%, Insbesondere zwischen 1,5% und 1,65%, Magnesium zwischen 1,9% und 3,1%, vorzugsweise zwischen 2,45% und 2,65%, Zink zwischen 4,7% und 6,1%, insbesondere zwischen 2,3% und 5,55%. Der Rest ist zumindest hauptsächlich Aluminium. Zusätzlich kann auch hier ein Presshilfsmittel wie oben beschrieben eingesetzt werden. Ein aus dieser Mischung hergestelltes Werkstück mit einer Verzahnung weist vorzugsweise nach der Oberflächenverdichtung zumindest einen Bereich der Verzahnung auf, bei dem eine Dichte von zumindest 2,58 g/cm3 bis zur Maximaldichte verläuft. Vorzugsweise weist ein derartig hergestelltes Werkstück mit einer Verzahnung eine Zugfestigkeit von mindestens 280 N/mm2 und eine Härte von mindestens 120HB auf.A second embodiment provides that in addition at least zinc is used as the sintering material in addition to copper and magnesium as additives and aluminum. Preferably, copper has a content in a range between 1.2% and 2.1%, in particular between 1.5% and 1.65%, magnesium between 1.9% and 3.1%, preferably between 2.45% and 2.65%, zinc between 4.7% and 6.1%, in particular between 2.3% and 5.55%. The rest is at least mainly aluminum. In addition, a pressing aid as described above can also be used here. A workpiece made from this mixture with a toothing preferably has, after the surface compaction, at least one region of the toothing in which a density of at least 2.58 g / cm 3 extends up to the maximum density. Preferably, a workpiece produced in this way with a toothing has a tensile strength of at least 280 N / mm 2 and a hardness of at least 120HB.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Verzahnungselement mit einem weiteren funktionalen Bauteil, insbesondere einer Welle oder einem weiteren Zahnrad, versintert ist. Insbesondere wird dadurch eine Einhaltung eines präzisen Arbeitsabstandes zwischen mehreren Verzahnungselementen, beispielsweise in einem Getriebe, erleichtert.It is particularly expedient if a toothed element with a further functional component, in particular a shaft or another gear, is sintered. In particular, compliance with a precise working distance between a plurality of toothed elements, for example in a transmission, is thereby facilitated.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verzahnungselement Bestandteil einer Pumpe ist. Beispielsweise handelt es sich um eine evolventisches Zahnrad, welches mit einem weiteren evolventischen Zahnrad in Eingriff gebracht ist.In a further embodiment, it is provided that the toothed element is part of a pump. For example, it is an involute gear, which is brought into engagement with another involute gear.
Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächenverdichteten Verzahnungselementes insbesondere zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens mit einer an ein unterschiedliches Aufmaß angepassten Werkzeugsteuerung offenbart. Die Vorrichtung umfasst dabei insbesondere wenigstens ein Walzwerkzeug, welches bevorzugt mit Hilfe der angepassten Werkzeugsteuerung vorzugsweise unter einem angepassten Druck und/oder gesteuertem Weg in einem angepassten Eingriff auf die Vorform einwirken kann. Insbesondere umfasst die Vorrichtung ein Walzwerkzeug mit einer verzahnten Oberfläche, welche mit der Verzahnung des Verzahnungselementes in Eingriff bringbar und darauf abwälzbar ist.Furthermore, a device for producing an at least partially surface-compressed toothed element is disclosed, in particular for carrying out a method described above with a tool control adapted to a different allowance. The device comprises in particular at least one Rolling tool, which preferably with the aid of the adapted tool control preferably under a adapted pressure and / or controlled path in an adapted engagement can act on the preform. In particular, the device comprises a rolling tool with a toothed surface, which can be brought into engagement with the toothing of the toothed element and can be rolled on it.
Weiterhin ist eine vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächengehärteten Verzahnungselementes aus einer zumindest in einem Oberflächenbereich aus einem Sinterwerkstoff bestehenden Vorform offenbart, wobei die Vorrichtung ein Werkzeug umfasst, welches eine Kompensation unterschiedlicher Aufmaße bei einer ersten und einer zweiten Flanke eines mittels Wälzbewegung zu verdichtenden Zahns der Vorform aufweist. Das Walzwerkzeug kann dabei eine für die Formgebung notwendige Kontur, beispielsweise eine evolventische Verzahnung, nur auf einer Flanke oder auf beiden Flanken eines Zahnes aufweisen. In einer anderen Variante ist jedoch auch vorgesehen, dass auf jeweils einer ersten und einer zweiten Flanke eines Zahnes der Verzahnung des Walzwerkzeugs jeweils voneinander abweichende Aufmaße vorhanden sind. Dieses kann beispielsweise eine unterschiedliche evolventische Verzahnung sein.Furthermore, an apparatus for producing an at least partially surface-hardened toothing element from a present at least in a surface region of a sintered material preform disclosed, wherein the device comprises a tool which compensates for different measurements on a first and a second edge of a tooth to be compacted by rolling Preform has. The rolling tool can have a contour necessary for the shaping, for example an involute toothing, only on one flank or on both flanks of a tooth. In another variant, however, it is also provided that on each of a first and a second flank of a tooth of the toothing of the rolling tool each deviating oversizes are present. This can for example be a different involute toothing.
Des weiteren wird ein Verfahren zur Auslegung eines Aufmaßes zur Erzielung einer Oberflächenverdichtung eines sintermetallenen Verzahnungselementes bei einem Wälzvorgang offenbart, wobei das Aufmaß iterativ ermittelt wird. In einem ersten Schritt wird beispielsweise eine Geometrie sowie insbesondere ein Drehmoment und/oder eine Druckverteilung vorgegeben. In einem weiteren Schritt wird beispielsweise eine Auslegung eines Walzwerkzeuges definiert. Des Weiteren wird eine Vorform mit einem lokal definierten Aufmaß ermittelt. Eine Auswahl kann beispielsweise anhand von Datenbibliotheken erfolgen. Eine derartige Datenbibliothek enthält beispielsweise anhand verschiedener Parameter ermittelte experimentelle Dichteverläufe. Des Weiteren kann eine Simulation des Verdichtungs- bzw. Wälzvorganges erfolgen. Dazu wird beispielsweise die Kinematik des Abwälzvorganges in Verbindung mit einer Simulation elastischer und plastischer Eigenschaften der Vorform sowie gegebenenfalls des Walzwerkzeuges simuliert. Für die Simulation der elastischen bzw. plastischen Eigenschaften der Vorform wird beispielsweise auf Modelle der Kontinuumsmechanik in Verbindung mit einer diskreten Lösung mittels beispielsweise Finite-Elemente- bzw. Finite-Volumen-Methoden zurückgegriffen.Furthermore, a method for the design of an oversize for achieving a surface compression of a sintered-metal toothed element in a rolling operation is disclosed, wherein the oversize is determined iteratively. In a first step, for example, a geometry and in particular a torque and / or a pressure distribution is specified. In a further step, for example, a design of a rolling tool is defined. Furthermore, a preform with a locally defined allowance is determined. For example, a selection can be made using data libraries. Such a data library contains, for example, experimental density profiles determined using various parameters. Furthermore, a simulation of the compression or rolling process can take place. For this purpose, for example, the kinematics of the rolling process in conjunction with a simulation of elastic and plastic properties of the preform and optionally of the rolling tool is simulated. For the simulation of the elastic or plastic properties of the preform, reference is made, for example, to models of continuum mechanics in conjunction with a discrete solution using, for example, finite element or finite volume methods.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Geometrie eines Wälzwerkzeuges iterativ unter Berücksichtigung des Aufmaßes ermittelt wird. Beispielsweise kann ein Aufmaß einer evolventischen Verzahnung des Wälzwerkzeuges ermittelt werden. Entsprechend kann ein Aufmaß für eine andere als eine evolventische Verzahnung ermittelt werden.In a preferred embodiment, it is provided that a geometry of a rolling tool is determined iteratively taking into account the oversize. For example an oversize of an involute toothing of the hobbing tool can be determined. Accordingly, an allowance for other than involute gearing can be determined.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein zumindest in einem Bereich einer Flanke eines Zahns lokal variierte, zumindest punktweise definierbares Aufmaß eines Vorform des Verzahnungselementes anhand wenigstens einer Konstruktionsvorgabe automatisch generiert wird, in einem zweiten Schritt eine Geometrie eines Walzwerkzeuges automatisch generiert wird, in einem dritten Schritt ein Wälzprozess und ein dabei erzeugter lokaler Verlauf einer Verdichtung zumindest einer Randschicht des Verzahnungselementes simuliert wird und in einem vierten Schritt eine automatische Bewertung des erzeugten Verlaufes der Verdichtung mit einer Vorgabe verglichen wird sowie gegebenenfalls das Verfahren ab dem ersten Schritt unter Anwendung wenigstens einer Variation zur Optimierung wiederholt wird, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Die Variation erfolgt dabei beispielsweise mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens. Ein Abbruchkriterium ist beispielsweise eine Toleranz zwischen gewünschtem Dichteverlauf und in der Simulation erzieltem Dichteverlauf. Des Weiteren kann ein Abbruchkriterium auch ein Überschreiten einer vorgebbaren Anzahl von iterationen sein.In a particularly preferred embodiment, it is provided that in a first step, at least in one region of a flank of a tooth locally varied, at least pointwise definable allowance of a preform of the toothed element is automatically generated based on at least one design specification, in a second step, a geometry of a rolling tool automatically is generated, in a third step, a rolling process and thereby generated local course of compression of at least one edge layer of the toothed element is simulated and in a fourth step, an automatic evaluation of the generated course of compaction is compared with a default, and optionally the method from the first step is repeated using at least one variation for optimization until an abort criterion is met. The variation takes place, for example, with the aid of an optimization method. An abort criterion is, for example, a tolerance between the desired density profile and the density profile achieved in the simulation. Furthermore, a termination criterion can also be an exceeding of a predeterminable number of iterations.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Konstruktionsvorgabe aus der Gruppe Materialdichte, Geometrie, Drehmoment und Druckverteilung ausgewählt ist. Das Drehmoment ist hierbei als das bei dem verwendungsgemäßen Einsatzzweck eines Verzahnungselementes auftretendes Drehmoment aufzufassen.It is particularly useful if the design specification is selected from the group material density, geometry, torque and pressure distribution. The torque is to be understood here as the torque occurring in the intended use of a toothed element.
Insbesondere zur Vermeidung von Materialanrissen ist es zweckmäßig, wenn eine Materialspannung zumindest im Bereich der Verdichtung simuliert und insbesondere zur Bewertung herangezogen wird. Bevorzugt wird dadurch vermieden, dass eine Oberfläche zwar ausreichend gehärtet wird, jedoch aufgrund von Spannungen spröde ist und zu Spannungsrissen neigt.In particular, in order to avoid material cracks, it is expedient if a material tension is simulated, at least in the area of compaction, and used in particular for evaluation. It is preferably avoided that a surface is indeed sufficiently cured, but is brittle due to stresses and tends to stress cracks.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zur Variation in einer Datenbankbibliothek hinterlegte Daten verwendet werden. Insbesondere kann dabei auf Verfahren zur Optimierung und zur Datenanalyse beispielsweise mittels neuronalen Netzen zurückgegriffen werden. Des Weiteren werden in der Datenbank hinterlegte Merkmale beispielsweise zur Optimierung mittels eines genetischen Algorithmus verwendet.Furthermore, it is advantageous if data stored for variation in a database library is used. In particular, methods for optimization and data analysis can be used, for example, by means of neural networks. Furthermore, features stored in the database are used, for example, for optimization by means of a genetic algorithm.
In einer weiteren Ausgestaltung kann zumindest einer der Schritte durch eine Vorgabe ersetzt werden. Vorzugsweise wird eine Walzwerkzeuggeometrie fest vorgegeben. Damit wird beispielsweise der Tatsache Rechnung getragen, dass ein Walzwerkzeug wesentlich aufwendiger zu modifizieren ist, als beispielsweise eine Vorform. Eine andere Ausgestaltung sieht eine umgekehrte Vorgehensweise vor. Vorzugsweise wird ausgehend von einer Endform eine Vorform bzw. das Walzwerkzeug zur Herstellung der Endform wie auch das Pressenwerkzeug zur Herstellung der Vorform berechnet.In a further embodiment, at least one of the steps can be replaced by a default. Preferably, a rolling tool geometry is fixed. This is taken into account, for example, the fact that a rolling tool is much more expensive to modify, for example, as a preform. Another embodiment provides a reverse approach. Preferably, starting from a final shape, a preform or the rolling tool for producing the final shape as well as the press tool for producing the preform are calculated.
Schließlich ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln offenbart, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um zumindest eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Ein computerlesbares Medium ist beispielsweise ein magnetisches, ein magnetooptisches oder ein optisches Speichermedium. Des Weiteren wird beispielsweise ein Speicherchip verwendet. Daneben kann ein computerlesbares Medium auch mittels eines Fernspeichers, beispielsweise mittels eines Computemetzwerkes realisiert sein.Finally, there is disclosed a computer program product having program code means stored on a computer readable medium for performing at least one of the above described methods when the program is run on a computer. A computer-readable medium is for example a magnetic, a magneto-optical or an optical storage medium. Furthermore, for example, a memory chip is used. In addition, a computer-readable medium can also be realized by means of a remote memory, for example by means of a computer network.
Das Computerprogramm kann beispielsweise in einer Maschine zur Oberflächenverdichtung hinterlegt sein. Auch kann eine Berechnung getrennt von der Maschine zur Oberflächenverdichtung erfolgen. Die Maschine verfügt jedoch über eine Steuerung, insbesondere eine weg- und/oder kraftgeführte Steuerung, in der die Koordinaten und Bewegungsabläufe eingebbar sind, um die Vorform zu verdichten.The computer program can be stored, for example, in a machine for surface compaction. Also, a calculation can be made separately from the machine for surface compaction. However, the machine has a controller, in particular a path and / or force-guided control in which the coordinates and movements can be entered to compact the preform.
Des Weiteren wird eine Presswerkzeugform vorgesehen, mit der eine Vorform aus Sintermaterial gepresst werden kann, die nachfolgend auf eine Endform oberflächenverdichtet wird. Diese Presswerkzeugform ist iterativ berechnet. Vorzugsweise wird dabei ebenfalls von Daten einer Endkontur des Werkstücks mit dessen Verzahnung ausgegangen.Furthermore, a press tool mold is provided, with which a preform can be pressed from sintered material, which is subsequently surface-compacted to a final shape. This press tool shape is calculated iteratively. Preferably, it is also assumed that the data of a final contour of the workpiece with its teeth.
Auch kann ein Walzprüfstand vorgesehen sein, der die Möglichkeit bietet, Testwalzungen für unterschiedlichste Oberflächenverdichtungen vornehmen zu können. Darüber können insbesondere auch Daten ermittelt werden, die ausgewertet in die Berechnungsverfahren eingehen können. Beispielsweise können hierfür geeignete Kennwerte aus einer Vielzahl von Messungen gebildet werden. Darüber können beispielsweise Startwerte für die iterative Berechnung von Vorform, Werkzeug oder Presswerkzeug erfolgen. Auch kann der Walzprüfstand eine automatisierte Vermessung von oberflächenverdichteten Werkstücken, die eine Verzahnung aufweisen, besitzen.It is also possible to provide a rolling test stand which offers the possibility of being able to carry out test rolling for a wide variety of surface densifications. In particular, it is also possible to determine data which, evaluated, can enter into the calculation methods. For example, suitable characteristic values can be formed from a large number of measurements for this purpose. This can be used, for example, to start values for the iterative calculation of preform, tool or pressing tool. The rolling test bench can also have an automated measurement of surface-compacted workpieces which have a toothing.
Im folgenden werden weitere Gedanken vorgeschlagen, die mit den bisherigen vorgeschlagenen Aspekten kombiniert ausführbar sind.In the following further thoughts are proposed, which are executable combined with the previous proposed aspects.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung aus verdichtetem Sintermaterial vorgesehen, wobei eine vorverdichtete Zahnvorform zumindest in einem Bereich mittels iterativ ermittelter Daten zumindest um 0,05 mm an ihrer Oberfläche auf ihre Endform verdichtet wird, und eine Güte der Endform zumindest in einem Bereich von mindestens fHα = 4, Fα = 7 und ffα = 7 erzielt wird. Hierbei bedeuten fHα die Abweichung bezüglich der Verzahnung, Fα die totale Abweichung und ffα die Profilformabweichung der Flanken. Die angegebenen Werte entsprechen den DIN-Klassen bezüglich der Abweichung.A method is provided for producing a toothing of compacted sintered material, wherein a precompressed tooth preform is compacted at least in a range by means of iteratively determined data at least 0.05 mm on its surface to its final shape, and a quality of the final shape at least in a range of at least f Hα = 4, F α = 7 and f fα = 7 is achieved. Here, f Hα are the deviation with respect to the toothing, F α is the total deviation and f fα is the profile shape deviation of the flanks. The specified values correspond to the DIN classes with respect to the deviation.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Iteration Parameter berücksichtigt, die ein Werkstoffverhalten bei einem Oberflächenverdichten der Zahnform betreffen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Iteration zur Bestimmung einer Vorform von eingegebenen Daten ausgeht, die aus einer Vorgabe der Endform entnommen werden. Vorzugsweise wird zumindest ein Walzwerkzeug eingesetzt, welches die gleiche Güte aufweist wie die später erstellte Endform. Durch die iterative Bestimmung und dadurch äußerst genaue Bearbeitung bei der Oberflächenverdichtung wird ermöglicht, das die Güte des Werkzeugs auf die Vorform übertragen werden kann. Insbesondere ermöglicht die äußerst genaue Oberflächenverdichtung, dass die Verzahnung nach dem Oberflächenverdichten ohne weiteren materialabtragenden Nachbearbeitungsschritt diese Güte der Endform aufweist. Beispielsweise wird ein Werkstück mit der Verzahnung eine Kerndichte von mindestens 7,4 g/cm3 hergestellt mit einer Oberflächendichte, die zumindest in einem Bereich einer Zahnflanke maximal ist, wobei die maximale Oberflächendichte sich in dem Bereich zumindest 0,02 µm in die Tiefe erstreckt.According to a further development, it is provided that an iteration takes into account parameters which relate to a material behavior in a surface compression of the tooth form. An embodiment provides that an iteration for determining a preform of input data emanates, which are taken from a specification of the final shape. Preferably, at least one rolling tool is used, which has the same quality as the final shape created later. Through the iterative determination and thus extremely accurate machining in the surface compaction is made possible that the quality of the tool can be transferred to the preform. In particular, the extremely accurate surface compaction makes it possible for the toothing to have this quality of the final shape after the surface compacting without any further material-removing post-processing step. For example, a workpiece with the gearing is made to have a core density of at least 7.4 g / cm 3 with a surface density that is at most in a region of a tooth flank, with the maximum surface density extending at least 0.02 μm in depth in the region ,
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung aus verdichtetem Sintermaterial offenbart, wobei eine vorverdichtete Zahnvorform zumindest in einem Bereich mittels iterativ ermittelter Daten auf ihre Endform verdichtet wird, und eine Rauhigkeit in dem Bereich gegenüber der Vorform um zumindest 400 % verbessert wird, wobei eine Oberflächenhärte von zumindest 130 HB eingestellt wird. Vorzugsweise wird eine Kerndichte der Endform eingestellt, die zumindest eine Dichte von 7,3 g/cm3 aufweist, und eine Oberflächenhärte aufgeprägt, die einen konvexen Verlauf von der Oberfläche hin zu einer Mitte der Endform aufweist.Furthermore, a method for producing a toothing of compacted sintered material is disclosed, wherein a precompressed tooth preform is compacted to its final shape in at least one area by means of iteratively determined data, and a roughness in the area opposite the preform is improved by at least 400%, wherein a surface hardness is set by at least 130 HB. Preferably, a core density of the final shape is set, which is at least one Density of 7.3 g / cm 3 , and imprinted a surface hardness having a convex shape from the surface toward a center of the final shape.
Die Verzahnung aus vorverdichtetem Material weist in einem ersten oberflächenverdichteten Bereich eine Rauhigkeit aufweist, die um mindestens 400 % kleiner ist als eine Rauhigkeit In einem zweiten Bereich, der geringer oder gar nicht oberflächenverdichtet ist. Die Rauhigkeit Rz beträgt beispielsweise im ersten Bereich weniger als 1 µm. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Oberflächenhärte von zumindest 700 HV [0,3] an der Oberfläche der Endform vorliegt, während in einer Tiefe von 0,4 mm von der Oberfläche zumindest eine Härte von 500 HV [0,3] vorhanden ist. Eine andere Ausgestaltung weist eine Oberflächenhärte von zumindest 700 HV [0,3] an der Oberfläche einer Zahnflanke und in einem Zahngrund auf, wobei eine Härte von zumindest 500 HV [0,3] in einer Tiefe von 0,6 mm von der Oberfläche im Zahngrund und eine Härte von zumindest 500 HV [0,3] in einer Tiefe von 0,8 mm von der Oberfläche an der Zahnflanke vorliegt. Durch die Herstellung der Oberflächenverdichtung wird ermöglicht, genaue Verdichtungen wie auch Härtungen entsprechend gewünschter Vorgaben gezielt einstellen zu können.The toothing of precompressed material has, in a first surface-compacted area, a roughness which is at least 400% smaller than a roughness in a second area which is less or not surface-compacted. The roughness R z is, for example, less than 1 μm in the first region. A further embodiment provides that a surface hardness of at least 700 HV [0.3] is present at the surface of the final shape, while at a depth of 0.4 mm from the surface at least a hardness of 500 HV [0.3] is present , Another embodiment has a surface hardness of at least 700 HV [0.3] on the surface of a tooth flank and in a tooth root, wherein a hardness of at least 500 HV [0.3] at a depth of 0.6 mm from the surface in the Tooth base and a hardness of at least 500 HV [0.3] is present at a depth of 0.8 mm from the surface on the tooth flank. The production of surface compaction makes it possible to set exact compaction as well as hardening according to desired specifications.
Es wird ein Berechnungsverfahren zur Auslegung einer Vorform einer Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei Daten in das Berechnungsverfahren eingehen, die aus einer vorgegebenen Endform der Verzahnung ermittelt werden, in Abhängigkeit von zumindest einer Verwendungsbedingung der Endform ein oder mehrere Belastungsparameter der Verzahnung ermittelt werden, ein lokales Aufmaß der Vorform berechnet wird, die mit einer erwarteten Verdichtung der Vorform an der Oberfläche korreliert wobei eine Belastung des Sintermaterials unterhalb der Oberfläche in die Berechnung mit eingeht.It is proposed a calculation method for designing a preform of a toothing made of sintered material, wherein data enter into the calculation method, which are determined from a predetermined final form of the toothing, depending on at least one condition of use of the final shape one or more load parameters of the toothing are determined, a local An oversize of the preform is calculated, which correlates with an expected compaction of the preform at the surface with a load of the sintered material below the surface is included in the calculation.
Vorzugsweise wird der Berechnung zusätzlich ein Eindringen des Werkzeugs in das herzustellende Werkstück bei der Berechnung zugrundegelegt wird, wobei insbesondere das Verhalten des Sintermaterials beim Eindringen und nach dem Eindringen Berücksichtigung finden kann. Beispielsweise sieht das Berechnungsverfahren vor, dass ein elastisches Verformen des zu verdichtenden Sintermaterials berücksichtigt wird. Auch kann das Berechnungsverfahren vorsehen, dass ein elastisch-plastisches Verformen des an der Oberfläche zu verdichtenden Sintermaterials berücksichtigt wird. Vorzugsweise geht eine Tiefe einer maximalen Belastung unterhalb der Oberfläche beispielsweise bei einer Verwendung des Werkstücks als kraftübertragendes Zahnrad in das Berechnungsverfahren ein. Das Berechnungsverfahren kann weiterhin ein Schrumpfen des Sintermaterials beim Sintern in die Berechnung eingehen lassen. Auch können empirisch ermittelte Daten ebenfalls in die Berechnung eingehen.Preferably, the calculation is additionally based on penetration of the tool into the workpiece to be produced in the calculation, wherein in particular the behavior of the sintered material during penetration and after penetration can be taken into account. For example, the calculation method provides that an elastic deformation of the sintering material to be compacted is taken into account. Also, the calculation method can provide that an elastic-plastic deformation of the sintering material to be compacted at the surface is taken into account. Preferably, a depth of a maximum load below the surface, for example, when using the workpiece as a force-transmitting gear in the calculation method. The calculation method may further include shrinkage of the sintered material enter into the calculation during sintering. Also empirically determined data can also be included in the calculation.
Es wird ein Berechnungsverfahren zur Auslegung eines Werkzeugs zur Oberflächenverdichtung einer Vorform einer Verzahnung aus insbesondere verdichtetem Sintermaterial zur Erstellung einer vorgegebenen Zahngeometrie vorgeschlagen, wobei ermittelte Daten aus der vorgegebenen, herzustellenden Zahngeometrie zur Berechnung von Werkzeugmaschinenkinematiken unter Berücksichtigung von miteinander assoziierten Maschinenachen eines Werkstückes, aus dem das herzustellende Werkzeug geformt wird, und zumindest eines Werkzeugformgebers, deren gekoppelter Systemkoordinaten und deren Bewegung zueinander, iterativ miteingehen. Damit besteht nun die Möglichkeit, anstatt über wiederholte Versuche, Messergebnisse und Anpassungen des Werkstückformgebers schließlich eine endgültige Form zu finden, dieses mittels einer iterativen Berechnung durchzuführen. Dieses ist wesentlich zeitersparender und ermöglicht die Berücksichtigung unterschiedlichster Einflussparameter. Insbesondere ist auch eine Simulation der Auslegung ermöglicht, so dass beispielsweise eine Wirkweise des herzustellenden Werkzeugs auf eine ausgelegte Vorform in der Simulation überprüfbar wird.A calculation method is proposed for the design of a tool for surface compacting a preform of a toothing, in particular compacted sintered material, for producing a predetermined tooth geometry, where determined data from the predetermined tooth geometry to be calculated for calculating machine tool kinematics, taking into account machine parts of a workpiece associated therewith, from which the formed tool, and at least one Werkzeugformgebers whose coupled system coordinates and their movement to one another, iteratively enter. Thus, it is now possible to finally find a final shape instead of repeated tests, measurement results and adjustments of the workpiece former, to perform this by means of an iterative calculation. This is much more time-saving and allows the consideration of a wide variety of influencing parameters. In particular, a simulation of the design is made possible, so that, for example, a mode of action of the tool to be produced on a designed preform in the simulation is verifiable.
Gemäß einer Ausgestaltung gehen in das Berechnungsverfahren Kontaktbedingungen zwischen dem herzustellenden Werkstück und dem Werkzeugformgeber zwischen einer Spitze und einem Fuß der Verzahnung ein. Vorzugsweise geht hierbei auch im Bereich eines Fußes der Verzahnung eine maximale Spannung an der Oberfläche in die Berechnung mit eingeht. Des weiteren besteht die Möglichkeit, dass im Bereich einer Flanke der Verzahnung eine maximale Spannung unterhalb der Oberfläche in die Berechnung mit eingeht. Dieses Verfahren ist insbesondere für Sintermaterialien geeignet, aber auch bei Stahlwerkstücken oder Werkstücken aus anderen Werkstoffen.According to one embodiment, contact conditions between the workpiece to be produced and the tool former between a tip and a foot of the toothing enter into the calculation method. Preferably, a maximum stress on the surface is also included in the calculation in the region of one foot of the toothing. Furthermore, there is the possibility that in the region of an edge of the toothing a maximum stress below the surface is included in the calculation. This method is particularly suitable for sintered materials, but also for steel workpieces or workpieces made of other materials.
Weiterhin wird ein Pressformwerkzeug mit einer Pressengeometrie zur Herstellung einer Vorform einer Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei die Pressengeometrie eine an ein Oberflächenverdichten der Verzahnung angepassten Verlauf mit zumindest einer Erhebung aufweist, die zumindest im Bereich der Verzahnung der Vorform eine Vertiefung erzeugt, die mit Sintermaterial beim Oberflächenverdichten auffüllbar ist.Furthermore, a press mold with a press geometry for producing a preform of a toothing made of sintered material is proposed, wherein the press geometry has adapted to a surface compression of the toothing course with at least one elevation, which generates a recess at least in the region of the toothing of the preform, which with sintered material Surface compaction is refillable.
Vorzugsweise bewirkt die Erhebung auf einer Stirnseite der Vorform eine Vertiefung im Bereich eines Kopfes eines Zahnes der Verzahnung. Beispielsweise durch iterative Berechnung lässt sich die Höhe der Erhebung bzw. Tiefe der Vertiefung wie auch weitere Abmessungen hiervon bestimmen. Eine weitere Ausgestaltung sieht anstatt einer einseitigen Erhebung vor, dass eine beidseitige Erhebung vorgesehen ist, um an beiden Stirnseiten des Zahnes jeweils eine Vertiefung zu bewirken. Die Erhebung ist gemäß einer Weiterbildung in einem Bereich der Geometrie angeordnet, der auf einem Zahnkopf der Vorform eine Vertiefung bewirkt, wobei die Erhebung eine Abmessung, dass die geformte Vertiefung zumindest teilweise ein Wachsen des Zahnkopfes aufgrund der Bearbeitung der Vorform in die Endform durch das Oberflächenverdichten zumindest vermindert. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Vorform mit zumindest einer Vertiefung an einer Stirnseite einer Verzahnung zum Ausgleich eines Materialaufwurfes bei einem Oberflächenverdichten einer Lauffläche der Verzahnung berechnen und insbesondere fertigen. Auch lässt sich auf diese Weise eine Vorform mit zumindest einer Vertiefung auf einem Zahnkopf einer Verzahnung zum zumindest Vermindern eines Wachsens des Zahnkopfes in die Höhe bei einem Oberflächenverdichten zumindest der Flanken der Verzahnung berechnen und insbesondere fertigen. Das Berechnungsverfahren zur Ermittlung einer Geometrie einer Vorform oder eines Pressformwerkzeugs sieht vorzugsweise vor, dass die Geometrie ausgehend von Daten einer Endform der Vorform bestimmt und zumindest eine Vertiefung oder Erhebung berechnet wird, die zumindest teilweise einen Ausgleich einer Materialverschiebung beim Oberflächenverdichten bewirkt.Preferably, the survey on a front side of the preform causes a depression in the region of a head of a tooth of the toothing. For example, by iterative calculation, the height of the elevation or depth of the depression as well as other dimensions thereof can be determined. A further embodiment provides, instead of a one-sided survey, that a bilateral elevation is provided in order to effect a depression on both end faces of the tooth. The bump is arranged according to a further development in a region of the geometry which causes a depression on a tooth head of the preform, wherein the bump has a dimension such that the shaped well at least partially grows the tooth head due to the processing of the preform into the final shape by the surface compacting at least diminished. In this way, for example, a preform with at least one depression on an end face of a toothing to compensate for a material Aufwurfes in a surface compression of a tread of the toothing calculate and in particular finished. Also can be in this way a preform with at least one depression on a tooth head of a toothing for at least reducing a growth of the tooth head in the amount in a surface compaction at least calculate the flanks of the teeth and in particular finished. The calculation method for determining a geometry of a preform or of a compression molding tool preferably provides that the geometry is determined based on data of a final shape of the preform and at least one depression or elevation is calculated which at least partially effects a compensation of a material displacement during surface compression.
Weiters wird ein Verfahren zur Oberflächenverdichtung einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei eine Anzahl einer zu wiederholenden Verdichtungsbewegung eines Formwerkzeuges zum Oberflächenverdichten einer Fläche an der Vorform iterativ berechnet wird. Vorzugsweise wird ein Überrollen bis zum Erreichen einer vorbestimmtem Oberflächendichte iterativ berechnet. Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Vorschub des Formwerkzeuges iterativ berechnet wird. Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt weniger als 20 mal ein Überrollen der Vorform zur Erzielung der vorgegebenen Geometrie einer Endform des Oberflächenverdichtens. Vorzugsweise erfolgt weniger als 10 mal das Überrollen. Insbesondere wird weniger als 6 mal ein Überrollen der Vorform durchgeführt, bis eine vorgegebene Geometrie einer Endform des Oberflächenverdichtens erreicht wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass mit dem Erreichen noch keine Beendigung der Oberflächenverdichtung stattfindet. Vielmehr wird anschließend noch mehrmals, insbesondere weniger als 25 mal, vorzugsweise weniger als 15 mal, weiter das Werkzeug auf der Oberfläche abgefahren. Dadurch wird eine Genauigkeit der Oberflächengestalt sichergestellt.Furthermore, a method for surface compaction of a gearing is proposed, wherein a number of a repetitive compaction movement of a molding tool for surface compacting a surface on the preform is calculated iteratively. Preferably, rollover is iteratively calculated until a predetermined surface density is reached. A further development provides that an advance of the molding tool is calculated iteratively. According to one embodiment, the preform is overrolled less than 20 times to achieve the predetermined geometry of a final shape of the surface compacting. Preferably, less than 10 times the rolling over. In particular, overrolling of the preform is performed less than 6 times until a given geometry of a final shape of the surface compacting is achieved. It has to be taken into consideration that with the achievement still no completion of the surface compression takes place. Rather, it is then several times, in particular less than 25 times, preferably less than 15 let's continue the tool on the surface. As a result, an accuracy of the surface shape is ensured.
Weiterhin wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein reversierendes Rollen an einer Verzahnung aus Sintermaterial ausgeführt wird, um die Vorform zur Endform eines Oberflächenverdichtens zu verdichten. Vorzugsweise wird vor einer Richtungsumkehr ein kurzes Entlasten der Vorform durch das Formwerkzeug erfolgt. Es hat sich herausgestellt, dass durch das Reversieren, das bedeutet, durch die Umkehr der Bewegung eine vergleichmäßigte Verdichtung sich schaffen lässt. Darüber hinaus gelang es, Probleme bei der Fertigung noch weiter zu minimieren, indem der Druck des Werkzeuges auf das Werkstück verringert wurde, bevor die Bewegungsumkehr einsetzt. Dabei kann das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt bleiben. Es kann aber auch sich kurz von der Oberfläche lösen.Furthermore, a method is proposed in which a reversing rolling is carried out on a toothing of sintered material to densify the preform to the final shape of a surface compacting. Preferably, a short unloading of the preform is carried out by the mold before a reversal of direction. It has been found that by reversing, that is, by reversing the movement, a uniform compaction can be achieved. In addition, manufacturing problems were further minimized by reducing the tool's pressure on the workpiece before the motion reversal began. The tool can remain in contact with the workpiece. It can also be detached from the surface for a short time.
Auch wird eine Oberflächenverdichtung eines Werkstücks mit zumindest einer Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei eine erste Oberfläche des Werkstücks mit einem anderen Verfahren verdichtet ist als eine zweite Oberfläche des Werkstücks. Vorzugsweise weist eine erste Verzahnung des Werkstücks eine andere Verdichtung aufweist als eine zweite Verzahnung des Werkstücks. Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Innenverzahnung des Werkstücks eine andere Oberflächenverdichtung erfährt als eine Außenverzahnung des Werkstücks. Auch besteht die Möglichkeit, dass eine Außenverzahnung mittels eines Wälzverfahrens oberflächenverdichtet ist, während eine zweite Fläche eine Bohrung ist, die mit einem anderen Verfahren oberflächenverdichtet ist. Vorzugsweise erhält eine Bohrung im Werkstück nach einem Oberflächenverdichten eine gehärtete Oberfläche und wird anschließend auf eine Endform gebracht. Dieses erlaubt die Nutzung der Bohrung für eine Welle oder eine Achse. Eine Verbesserung der Genauigkeit ist dadurch erzielbar dass nach einer Härtung der Verzahnung eine Oberflächenverdichtung erfolgt.Also, a surface compression of a workpiece is proposed with at least one toothing of sintered material, wherein a first surface of the workpiece is compacted with a different method than a second surface of the workpiece. Preferably, a first toothing of the workpiece has a different compression than a second toothing of the workpiece. A development provides that an internal toothing of the workpiece undergoes a different surface compression than an external toothing of the workpiece. There is also the possibility that an outer toothing is surface-compacted by means of a rolling process, while a second surface is a bore, which is surface-compacted with another method. Preferably, a bore in the workpiece, after surface compacting, has a hardened surface and is subsequently brought to a final shape. This allows the use of the bore for a shaft or an axle. An improvement in accuracy can be achieved by surface hardening after hardening of the toothing.
Es wird eine Welle mit zumindest einer ersten und mit einer zweiten Verzahnung, wobei die erste Verzahnung aus Sintermaterial gewälzt und oberflächenverdichtet ist. Im folgenden werden Merkmale bezüglich der Welle beziehungsweise der Verzahnungen angegeben. Hierbei kann für weitere Ausgestaltungen insbesondere auch die weitere Offenbarung bezüglich der Verzahnung, der Materialien, der Herstellungsschritte usw. genutzt werden.It is a shaft with at least a first and a second toothing, wherein the first toothing of sintered material is rolled and surface-compressed. In the following features are specified with respect to the shaft or the teeth. This may be for further embodiments In particular, the further disclosure regarding the teeth, the materials, the manufacturing steps, etc. are used.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Welle eine zweite Verzahnung auf, die nach einem anderen Verfahren hergestellt ist als die erste Verzahnung. Dieses ermöglicht eine Vielzahl an Kombinationen, die für jeden Beanspruchungsfall verschiedene Materiallösungen vorsieht. Die zweite Verzahnung bildet gemäß einer weiteren Ausgestaltung mit der ersten Verzahnung ein Werkstück. Beispielsweise können beide Verzahnungen zusammen in einer Pressmaschine hergestellt worden sein. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Verzahnung iterativ berechnet und entsprechend hergestellt worden. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Herstellung nacheinander, gemäß einer anderen Ausgestaltung aber auch gleichzeitig erfolgen. Insbesondere gilt dieses auch für weitere Bearbeitungsschritte wie zum Beispiel eine Oberftächenverdichtung.According to one embodiment, the shaft has a second toothing, which is produced by a different method than the first toothing. This allows a variety of combinations, which provides different material solutions for each case of stress. The second toothing forms according to a further embodiment with the first toothing a workpiece. For example, both teeth may have been produced together in a press machine. Preferably, the first and second teeth have been calculated iteratively and prepared accordingly. According to one embodiment, the production can take place successively, but also simultaneously according to another embodiment. In particular, this also applies to further processing steps such as a Obertsächenverdichtung.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zweite Verzahnung eine gehärtete Oberfläche ohne Oberflächenverdichtung aufweist. Für einige Belastungsfälle ist die durch das Sintern erzielte Dichte oder dem verwendeten Material innewohnende Festigkeit ausreichend. Dieses gilt belspielsweise für Pumpenanwendungen.A further development provides that the second toothing has a hardened surface without surface compaction. For some load cases, the density inherent in sintering or the inherent strength of the material used is sufficient. This applies, for example, for pump applications.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest die erste Verzahnung zumindest an einem Zahn jeweils verschiedene Flankensteigungen auf gleicher Höhe des Zahns aufweist. Dieses ist bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen eine Hauptdrehrichtung und insbesondere nur eine Drehrichtung der Welle vorgegeben ist. Die unterschiedlichen Flankensteigungen können dadurch verschleiß- und geräuschmindemd ausgelegt werden.Furthermore, it has proved to be advantageous if at least the first toothing has at least one tooth each different edge slopes at the same height of the tooth. This is advantageous in applications in which a main direction of rotation and in particular only one direction of rotation of the shaft is predetermined. The different edge slopes can thus be designed wear and noise-minimized.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Verzahnung geschmiedet ist. Sie kann zusätzlich oberflächenverdichtet sein. Diese Verzahnung kann beispielsweise eine größere Kraftübertragung aufnehmen als die erste Verzahnung.Another embodiment provides that the second toothing is forged. It can additionally be surface-compacted. For example, this toothing can absorb a greater force transmission than the first toothing.
Vorzugsweise ist die zweite Verzahnung aus einem anderen Material als die erste Verzahnung ist. Beispielsweise ist die zweite Verzahnung aus Stahl. Die zweite Verzahnung kann jedoch auch aus einem anderen Sintermaterial bestehen als die erste Verzahnung. Zusätzlich kann die Welle ebenfalls aus Sintermaterial sein. Sie kann beispielsweise das gleiche Material wie die erste Verzahnung aufweisen. Auch kann die Welle zumindest zusammen mit der ersten Verzahnung gebildet werden, d.h. aus Pulvermaterial verpresst werden, vorzugsweise in einer gemeinsamen Pressform.Preferably, the second toothing is made of a different material than the first toothing. For example, the second toothing is made of steel. However, the second toothing can also consist of a different sintered material than the first toothing. In addition, the shaft may also be made of sintered material. It may, for example, have the same material as the first toothing. Also, the shaft can be formed at least together with the first toothing, ie be pressed from powder material, preferably in a common mold.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Welle kann auch vorsehen, dass zumindest die erste Verzahnung eine Oberflächenverdichtung erhält und eine Bohrung zur Aufnahme der Welle oberflächenverdichtet, gehärtet und anschließend gehont wird, bevor die Welle und die erste Verzahnung miteinander verbunden werden. Hiefür erfolgt vorzugsweise ausgehend von einer Endform der Welle mit der ersten Verzahnung eine iterative Berechnung einer Vorform der ersten Verzahnung.An exemplary method for producing the shaft described above may also provide that at least the first gearing receives a surface compaction and a bore for receiving the shaft is surface-compacted, hardened and then honed before the shaft and the first gearing are joined together. For this purpose, an iterative calculation of a preform of the first toothing is preferably carried out starting from a final shape of the shaft with the first toothing.
Bevorzugte Anwendungen für eine derartige Welle ergeben sich in der Kraftfahrzeugtechnik wie auch im Getriebebau sowie bei Haushaltsgeräten.Preferred applications for such a wave arise in automotive engineering as well as in gearbox construction and household appliances.
Weiterhin wird eine Vorform zur Herstellung einer Verzahnung aus Sintermaterial genutzt, wobei die Vorform ein negatives Aufmaß aufweist. Vorzugsweise ist das negative Aufmaß zumindest auf einer Flanke eines Zahnes der Verzahnung angeordnet ist. Insbesondere kann das negative Aufmaß asymmetrisch entlang der Flanke verlaufen.Furthermore, a preform for producing a toothing made of sintered material is used, wherein the preform has a negative allowance. Preferably, the negative allowance is arranged at least on an edge of a tooth of the toothing. In particular, the negative allowance can run asymmetrically along the flank.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass auf jeder Flanke eines Zahns ein negatives Aufmass vorgehen ist. Beispielsweise weist ein Zahn auf gleicher Höhe ein erstes negatives Aufmaß auf einer ersten Flanke und ein zweites negatives Aufmass auf einer zweiten Flanke aufweist, wobei die erste und die zweite Flanke zueinander asymmetrisch verlaufen.A further development provides that on each flank of a tooth, a negative measure is proceed. For example, a tooth at the same height has a first negative allowance on a first flank and a second negative allowance on a second flank, wherein the first flank and the second flank extend asymmetrically relative to one another.
Vorzugsweise ist das negative Aufmaß zwischen einem Kopfbereich des Zahns und einem Aufmass auf einer Flanke des Zahns angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann das negative Aufmass in einem Eckbereich des Zahnfußes angeordnet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine Flankensteigung der Flanken eines Zahnes verschieden sind.Preferably, the negative allowance is located between a head portion of the tooth and a measure on a flank of the tooth. Additionally or alternatively, the negative allowance can be arranged in a corner region of the tooth root. Furthermore, there is the possibility that a flank slope of the flanks of a tooth are different.
Neben einer Außenverzahnung oder sonstigen Verzahnungsart wird eine Oberflächenverdichtung auch bei einer Verzahnung ausgeführt, die eine Innenverzahnung ist. Aus der Vorform wird schließlich ein oberflächenverdichteters Zahnrad.In addition to an external toothing or other type of toothing surface compaction is performed even with a toothing, which is an internal toothing. The preform eventually becomes a surface-densified gear.
Eine Weiterbildung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung aus einem Sintermaterial vor, wobei einer Vorform zumindest ein mittels iterativer Berechnung ermitteltes negatives Aufmaß zugeordnet wird, das bei einer Oberflächenverdichtung der Verzahnung zumindest teilweise durch Verdrängung des Sintermaterials gefüllt wird. Vorzugsweise wird ein zum negativen Aufmaß benachbartes Aufmassmaterial in das negative Aufmaß verdrängt. Die Vorform kann in die angestrebte Endform oberflächenverdichtet werden, wobei optional eine Härtung und/oder eine Oberflächenfeinbearbeitung erfolgt. Dieses kann vorher oder nach dem Oberflächenverdichten erfolgen. Als Feinbearbeitung kommt ein Honen wie auch ein Schleifen in Betracht.A development provides a method for producing a toothing of a sintered material, wherein a preform is assigned at least one determined by iterative calculation negative allowance, the case of a surface compression of the toothing is at least partially filled by displacement of the sintered material. Preferably, an oversize material adjacent to the negative allowance is displaced into the negative allowance. The preform may be surface-compacted into the desired final shape, optionally with curing and / or surface finishing. This can be done before or after surface compacting. As a fine machining honing as well as a grinding is considered.
Vorzugsweise erfolgt die Gestaltung des negativen Aufmasses über eine iterative Berechnung, bei der eine Simulation der Oberflächenverdichtung an der Vorform ermittelt, ob das benachbarte Aufmass von seiner Gestalt so ausgelegt ist, dass d das negative Aufmass zur angestrebten Endkontur hin geglättet werden kann. Dazu wird Maschine zur Berechnung und/oder zur Ausführung einer Oberflächenverdichtung einer Verzahnung zur Verfügung gestellt, wobei eine berechnete Kinematik eingebar ist, mittels der über die Oberflächenverdichtung ein negatives Aufmaß auf einer Flanke der Verzahnung auf eine angestrebte Endkontur glättbar ist.Preferably, the design of the negative amount takes place via an iterative calculation, in which a simulation of the surface compaction on the preform determines whether the adjacent allowance of its shape is designed so that the negative allowance can be smoothed towards the desired final contour. For this purpose, a machine for calculating and / or performing a surface compaction of a toothing is provided, wherein a calculated kinematics is einar, by means of the surface densification a negative allowance on a flank of the toothing can be smoothed to a desired final contour.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenverdichtung an einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei zumindest zwei Vorformen gleichzeitig eine Oberflächenverdichtung in einer Vorrichtung erhalten.Furthermore, a method for producing a surface compaction on a toothing is proposed, wherein at least two preforms simultaneously receive a surface compaction in a device.
Gemäß einer Ausgestaltung werden die Vorformen auf parallel angeordneten Wellen angeordnet und gelangen gleichzeitig in Eingriff mit zumindest einem Werkzeug zur Oberflächenverdichtung.According to one embodiment, the preforms are arranged on parallel shafts and at the same time engage with at least one tool for surface compaction.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung werden zumindest zwei Vorformen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und gemeinsam in Eingriff mit zumindest einem Werkzeug zur Obertlächenverdichtung gebracht.According to a second embodiment, at least two preforms are arranged on a common shaft and jointly brought into engagement with at least one tool for Oberertlächenverdichtung.
Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenverdichtung an einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei zumindest zwei Vorformen zur Oberflächenverdichtung in der Vorrichtung haltbar und gleichzeitig bearbeitbar sind.Furthermore, a device for producing a surface compaction on a tooth system is proposed, wherein at least two preforms for surface compaction in the device are durable and can be processed at the same time.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Bewegung zumindest einer Welle vorgesehen ist, bei der beide Vorformen in Eingriff mit einem Werkzeug zur Oberflächenverdichtung gelangen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest drei Wellen für zumindest zwei Vorformen und zumindest ein Werkzeug parallel zueinander angeordnet sind und ein Dreieck bilden, wobei zumindest eine der Wellen auf die beiden anderen Wellen zubewegbar ist. Eine weiter Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest zwei Vorformen auf einer gemeinsamen Welle anbringbar sind, wobei das Werkzeug eine größere Länge aufweist als eine addierte Länge zumindest beider Vorformen. Vorzugsweise können die Vorformen mit ihren Stirnflächen aneinander liegen. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen den Vorformen ein Abstand angeordnet ist, wobei das Werkzeug längs der Welle über beide äußeren Stirnflächen der Vorformen hinausragt.For example, it is provided that a movement of at least one shaft is provided, in which both preforms come into engagement with a tool for surface compaction. A further development provides that at least three shafts for at least two preforms and at least one tool are arranged parallel to one another and a Form triangle, at least one of the waves is zubewegbar on the two other waves. A further embodiment provides that at least two preforms can be attached to a common shaft, wherein the tool has a greater length than an added length of at least both preforms. Preferably, the preforms can lie with their end faces together. Another embodiment provides that a distance is arranged between the preforms, the tool protruding along the shaft over both outer end faces of the preforms.
Weiterhin wird ein Bauteil mit einer oberflächenverdichteten Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei das Bauteil über einen Querschnitt betrachtet, einen Gradienten bezüglich verwendeter Sintermaterialien aufweist.Furthermore, a component is proposed with a surface-compressed toothing of sintered material, wherein the component viewed over a cross-section, having a gradient with respect to the sintered materials used.
Vorzugsweise weist das Bauteil einen Gradient auf, der eine Sprungfunktion aufweist. Die Sintermaterialien sind zumindest in diesem Bereich mit einer Übergangsgrenze versehen. Gemäß einer Ausgestaltung ist diese Übergangsgrenze entlang der gesamten Fläche zwischen ersten und zweiten Sintermaterial vorhanden. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass in einem Bereich keine feste Grenze sondern ein gradueller übergang vorliegt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Bauteil verschiedene Sintermaterialen aufweist, die sich ineinander erstrecken, ohne eine ausgeprägte Durchmischungszone mit steigendem oder abnehmendem Gradienten aufzuweisen.Preferably, the component has a gradient that has a jump function. The sintered materials are provided with a transition boundary at least in this area. According to one embodiment, this transition boundary is present along the entire surface between the first and second sintered material. Another embodiment provides that in a region there is no fixed boundary but a gradual transition. In particular, it can be provided that the component has different sintered materials which extend into one another without exhibiting a pronounced mixing zone with increasing or decreasing gradient.
Eine erste Weiterbildung des Bauteils beinhaltet, dass das Sintermaterial der Verzahnung eine geringere Kerndichte aufweist als das Sintermaterial eines sich an die Verzahnung anschließenden Bereich des Bauteils. Eine zweite Weiterbildung des Bauteil sieht vor, dass das Sintermaterial der Verzahnung eine höhere Kerndichte aufweist als das Sintermaterial eines sich an die Verzahnung anschließenden Bereichs des Bauteils.A first development of the component includes that the sintered material of the toothing has a lower core density than the sintered material of a region of the component adjoining the toothing. A second development of the component provides that the sintered material of the toothing has a higher core density than the sintered material of a region of the component adjoining the toothing.
Eine weitere Ausgestaltung weist ein Bauteil auf, das eine erste Verzahnung mit einem ersten Sintermaterial hat und eine zweite Verzahnung mit einem zweiten Sintermaterial hat.A further embodiment has a component which has a first toothing with a first sintered material and has a second toothing with a second sintered material.
Vorzugsweise weist eine Verzahnung unterschiedliche Flankenwinkel an einem ein Zahn auf gleicher Höhe auf.Preferably, a toothing has different flank angles on a tooth at the same height.
Beispielsweise kann ein erstes Sintermaterial in einem äußeren Bereich des Bauteils angeordnet sein und die Verzahnung bilden, und ein zweites Sintermaterial ist in einem inneren Bereich des Bauteils angeordnet und bildet eine Bohrung.For example, a first sintered material can be arranged in an outer region of the component and form the toothing, and a second sintered material is arranged in an inner region of the component and forms a bore.
Des weiteren wird Verfahren zur Herstellung einer oberflächenverdichteten Verzahnung an einem Bauteil vorgeschlagen, wobei ein erstes Sintermaterial in eine Form eingelassen wird, bevor ein zweites Sintermaterial hinzugeführt wird, anschließend ein Verpressen und Sintern erfolgt und mittels einer Oberflächenverdichtung der Verzahnung nur eines der beiden Sintermaterialen verdichtet, während das andere Sintermaterial keinerlei Veränderung erfährt.Furthermore, a method for producing a surface-compressed toothing on a component is proposed, wherein a first sintered material is introduced into a mold before a second sintered material is added, followed by pressing and sintering and densified by means of a surface compression of the toothing only one of the two sintered materials, while the other sinter material undergoes no change.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine zweiter Oberflächenverdichtung ausgeführt wird, die nur das noch nicht oberflächenverdichtete Sintermaterial betrifft. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Sintermaterial zumindest eine Oberfläche der Verzahnungsflanken bildet und das zweite Material eine Unterfütterung der Verzahnung bildet.A further embodiment provides that a second surface compaction is carried out, which relates only to the not yet surface-compressed sintered material. It is preferably provided that the first sintered material forms at least one surface of the toothed edges and the second material forms a relining of the toothing.
Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren zur Herstellung einer oberflächenverdichteten Verzahnung an einem Bauteil sieht vor, ein erstes Sintermaterial in eine Form einzulassen, bevor ein zweites Sintermaterial hinzugeführt wird, anschließend ein Verpressen und Sintern auszuführen und mittels einer Oberflächenverdichtung der Verzahnung das erste und das zweite Sintermaterial zu verdichten.Another proposed method for producing a surface-compressed toothing on a component is to admit a first sintered material in a mold before a second sintered material is added, then perform a pressing and sintering and compacting the first and the second sintered material by means of a surface compression of the toothing ,
Für die Durchführung der Verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Bewegungsablauf zur Oberflächenverdichtung unter Berücksichtung eines Materialverhaltens von zumindest einem der beiden Sintermaterialien iterativ bestimmt wird.For carrying out the method, it has proved to be advantageous that a movement sequence for surface compaction is determined iteratively taking into account a material behavior of at least one of the two sintered materials.
Eine Weiterbildung für beide Verfahren sieht vor, dass zwischen der Form, insbesondere einer Pressform, und einem einzufüllenden Sintermaterial eine Relativdrehung wirkt, so dass das Sintermaterial in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit der Relativdrehung sich in einem äußeren Bereich der Form ansammelt.A further development for both methods provides that a relative rotation acts between the mold, in particular a press mold, and a sintered material to be filled, so that the sintered material accumulates in an outer region of the mold as a function of a speed of the relative rotation.
Im übrigen kann auch vorgesehen sein, dass das erste und zumindest das zweite Sintermaterial zumindest über einen Zeitraum überlappend der Form zugegeben werden.Moreover, it can also be provided that the first and at least the second sintered material are added to the mold overlapping at least over a period of time.
Des weiteren wird auf die
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass insbesondere bei einem geschmiedetem Zahnrad, Kettenrad oder Zahnkranz das Herstellungsverfahren neben dem Oberflächenverdichtungsschritt der Verzahnung auch ein Schleifen oder Honen der verdichteten Zahnflanken und oder Zahnfüße vorgesehen wird. Vorzugsweise ist durch das Schmieden eine Dichte von zumindest 7,6 g/cm3 als Kerndichte erzielt. Das Oberflächenverdichten kann daher eine Vollverdichtung und/oder auch eine Präzision der Gestalt der Verzahnung bewirken. Eine Weiterbildung sieht vor, dass für einen materialabtragenden Bearbeitungsschritt nach dem Oberflächenverdichten ein Aufmaß für diesen Schritt in einem Bereich 4 µm bis 8 µm Material über dem Endmaß steht. Wird anstatt eines Schmiedens ein Verpressen, Sintern und Härten, insbesondere Einsatzhärten ausgeführt, so wird für ein Honen vorzugsweise 30 µm bis 50µm und für en Schleifen 50µm bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm an Aufmaß nach dem Oberflächenverdichten zur Verfügung gestellt. Durch die iterative Berechnung wird ermöglicht, die Bereiche und Aufmasse vorab ermitteln und später im Verfahren auch so umsetzen zu können. Für eine Bohrung im Zahnrad, Kettenrad oder Zahnkranz wird vorzugsweise ebenfalls eine Oberflächenverdichtung vorgesehen, gefolgt von einem Härten und anschließendem vorzugsweise Honem. Die Bohrung kann dafür ebenfalls nach dem Oberflächenverdichten noch über ein Aufmass zwischen 30 µm und 50 µm verfügen.Furthermore, it is proposed that, in particular in the case of a forged toothed wheel, sprocket or ring gear, the production method also provides grinding or honing of the compacted tooth flanks and / or tooth feet in addition to the surface compacting step of the toothing. Preferably, the forging achieves a density of at least 7.6 g / cm 3 as the core density. The surface compacting can therefore cause a full compression and / or a precision of the shape of the toothing. A further development provides that an oversize for this step in a range of 4 μm to 8 μm material is above the final dimension for a material-removing machining step after surface compacting. If pressing, sintering and hardening, in particular case hardening, are carried out instead of forging, honing is preferably 30 .mu.m to 50 .mu.m and grinding is 50 .mu.m to 0.3 mm, preferably 0.1 mm to 0.2 mm Surface compacting provided. The iterative calculation makes it possible to determine the areas and dimensions beforehand and to be able to implement them later in the procedure. For a bore in the gearwheel, sprocket or ring gear, surface densification is also preferably provided, followed by hardening followed by preferably honing. The bore may also have an oversize between 30 μm and 50 μm after surface compacting.
Ein weiterer Vorteil hat sich ergeben, wenn eine Schmierung beim Oberflächenverdichten erfolgt. Neben der Nutzung von Emulsionen kann insbesondere auch mit Ölen geschmiert werden. Dieses ist bevorzugt bei einem Warmwalzen, zum Beispiel bei Temperaturen von über 220°C. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 500°C und 600°C durchzuführen, wobei vorzugsweise eine Ölkühlung genutzt wird, um einerseits zu schmieren, andererseits auch das Werkzeug zu kühlen.Another advantage has been found when lubrication occurs during surface compacting. In addition to the use of emulsions can be lubricated in particular with oils. This is preferred for hot rolling, for example at temperatures above 220 ° C. In addition, it is proposed to carry out the hot rolling at a temperature between 500 ° C and 600 ° C, wherein preferably an oil cooling is used to lubricate on the one hand, on the other hand to cool the tool.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft im Einzelnen anhand der Zeichnung erläutert. Diese dargestellten Ausgestaltungen sind jedoch nicht beschränkend für den Umfang und bezüglich Einzelheiten der Erfindung auszulegen. Vielmehr sind die aus den Figuren hervorgehenden Merkmale nicht auf die jeweils einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind diese Merkmale mit jeweils anderen, in der Zeichnung oder/und in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung angegebenen Merkmale jeweils zu nicht näher dargestellten Weiterbildungen kombinierbar.In the following the invention will be explained by way of example in detail with reference to the drawing. However, these illustrated embodiments are not to be construed as limiting the scope and details of the invention. Rather, the features resulting from the figures are not limited to the respective individual embodiments. Rather, these features with each other, in the drawing and / or in the description including the description of the figures specified in each case can be combined into further developments not shown.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Wälzanordnung,
- Fig. 2
- einen ersten Zahn,
- Fig. 3
- einen zweiten Zahn,
- Fig. 4
- einen dritten Zahn,
- Fig. 5 bis 7
- verschiedene Aufmaßverläufe verschiedener Verzahnungselemente,
- Fig. 8
- ein erstes Verfahrensschema,
- Fig. 9
- ein zweites Verfahrensschema,
- Fig. 10
- einen Aufmaßverlauf eines Verzahnungselementes eines Wälzwerkzeuges,
- Fig. 11
- eine schematische Ansicht einer berechneten Vertiefung an einer Stirnseite,
- Fig. 12
- eine schematische Ansicht berechneter Extremfälle von Werkzeugen,
- Fig. 13
- eine schematische Ansicht eines Vorgehens bei der iterativen Berechnung und Verknüpfungen bei einer Simulation,
- Fig. 14,
- eine Ansicht von Dichteverläufen in Abhängigkeit von verschiedenen Ausgangsdichten der verwendeten Vorformen,
- Fig. 15
- einen Überblick über die ermittelten Fehler, die bei unterschiedlichen Oberflächenverdichtungsschritten auftreten und das Materialverhalten mitcharakterisieren,
- Fig. 16
- einen Härteverlauf in HV auf einer Flanke einer Verzahnung bei verschiedenen Oberflächenverdichtungsschritten,
- Fig. 17
- einen Härteverlauf in HV in einem Fußbereich einer Verzahnung bei verschiednen Oberflächenverdichtungsschritten,
- Fig. 18
- eine schematische Ansicht von verschiedenen berechneten Aufmassverläufen für verschiedene Dichten,
- Fig. 19
- eine schematische Darstellung von Parametern, die in die iterative Berechnung eingehen können.
- Fig. 1
- a rolling arrangement,
- Fig. 2
- a first tooth,
- Fig. 3
- a second tooth,
- Fig. 4
- a third tooth,
- Fig. 5 to 7
- various measurement progressions of different tooth elements,
- Fig. 8
- a first process scheme,
- Fig. 9
- a second process scheme,
- Fig. 10
- an oversize course of a toothed element of a rolling tool,
- Fig. 11
- a schematic view of a calculated depression on a front side,
- Fig. 12
- a schematic view of calculated extreme cases of tools,
- Fig. 13
- a schematic view of an approach in the iterative calculation and links in a simulation,
- Fig. 14,
- a view of density gradients as a function of different initial densities of the preforms used,
- Fig. 15
- an overview of the detected errors that occur at different surface densification steps and characterize the material behavior,
- Fig. 16
- a hardness curve in HV on a flank of a toothing in different surface compacting steps,
- Fig. 17
- a hardness curve in HV in a foot region of a toothing in different surface compacting steps,
- Fig. 18
- a schematic view of various calculated Aufmaßverläufen for different densities,
- Fig. 19
- a schematic representation of parameters that can be included in the iterative calculation.
Die Erfindung kann beispielsweise eingesetzt werden bei Nockenwellenzahnrädern, bei Planetenzahnrädern, bei Sonnenzahnrädern, bei Antriebszahnrädem, bei Ausgleichszahnrädern, bei Getriebezahnrädern, bei Kupplungszahnrädern, bei Pumpenzahnrädern, bei geradverzahnten Zahnrädern, bei schrägverzahnten Zahnrädern, bei Elektromotoren, bei Verbrennungskraftmaschinen, bei Verstellgetrieben, bei Außen- oder Innenverzahnungen, bei Außen- oder Innenstimradgetrieben mit Gerad- oder Schrägverzahnung, bei Kegelradgetrieben mit Gerad-, Schräg- oder Bogenverzahnung, bei Schraubenradgetrieben oder Schneckengetrieben wie auch bei Steilgewindewelle- und Steilgewinde-Nabeverbindungen. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Zahnrad aus Sintermetall. Das andere kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem anderen Material sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass zumindest eines der beiden Zahnräder eine Beschichtung aufweist, die insbesondere geräuschminimierend wirkt. Vorzugsweise kann auch ein Kegelschraubradpaar erstellt werden, um dadurch ein Hypoidgetriebe zu bilden. Insbesondere sind die Werkstücke mir Verzahnung in der Automobiltechnik, in der Motorentechnik, in der Getriebetechnik, bei Stelleinrichtungen, in kraftübertragenden Vorrichtungen, bei Spielzeugen, bei feinmechanischen Vorrichtungen, bei Haushaltsgeräten, insbesondere mobilen Haushaltsgeräte, und anderem einsetzbar.The invention can be used, for example, in the case of camshaft toothed wheels, planetary gears, sun gears, drive toothed wheels, differential gears, gear wheels, clutch gears, pump gears, spur gears, helical gears, electric motors, internal combustion engines, variable speed drives, outside gears. or internal gears, in external or internal gear units with straight or helical teeth, in bevel gear units with straight, helical or curved teeth, in helical gear units or worm gears as well as in helical and helical hub connections. Another embodiment provides that a gear made of sintered metal. The other may be made of plastic or another material, for example. Furthermore, there is the possibility that at least one of the two gear wheels has a coating which in particular has a noise minimizing effect. Preferably, a Kegelschraubradpaar can be created to thereby form a Hypoidgetriebe. In particular, the workpieces me gearing in automotive technology, in engine technology, in transmission technology, in adjusting devices, in power transmitting devices, in toys, in precision mechanical devices, household appliances, especially mobile home appliances, and others are used.
Claims (28)
- Method of producing a surface-compacted metal toothed element comprising a compacted sintering material with a differently compacted peripheral layer along a flank and a tooth root respectively, whereby a preform (106) of the toothed element with a locally selective different oversize profile (207; 308; 309; 407; 501; 601; 602; 603; 701)along a flank and a tooth root of the preform relative to a final size of the toothed element is produced and rolled to the final size by means of at least one rolling die (101; 110), and the toothed element is compacted in a locally varied manner at least in the region of at least one flank (705; 706) and a root (704) of a tooth of the toothed element in order to produce a compacted peripheral layer (209) at a surface, and the oversize profile in the tooth root region is selected so that it comprises a local minimum.
- Method as claimed in claim 1, characterised in that the respective differently compacted peripheral layer (209) is produced by means of a different oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) along a flank of the preform (106).
- Method as claimed in claim 1 or 2, characterised in that an oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) on a first flank (306) of the tooth is selected so that it is different from that on a second flank (307) of the tooth (201; 301; 401).
- Method as claimed in claim 3, characterised in that a difference in the oversize profile on the flanks of a tooth at the same level is determined as a function of strength requirements.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that an asymmetrical oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) is selected in a tooth root (704).
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that at least 10 µm below a surface of a first flank (306) of the tooth a density is produced that is 2% to at least 15% higher than on a second flank (307) of the tooth at the same level.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that a size of a maximum local oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) is at least 20 µm, preferably at least 50 µm and in particular at most 500 µm.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that a negative oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) is provided which locally lies below the final size.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that a local oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) on a first flank (306) of the tooth is selected so that it is at least 10% bigger than an oversize profile on a second flank (307) of the tooth at the same level.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the preform (106) and the rolling die (101; 110) are rolled towards one another until an involute movement is generated between the toothed element produced as a result and the rolling die (101; 110).
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that a cycloid-shaped toothing is produced by means of the rolling movement between the preform (106) and the rolling die (101; 110).
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that it comprises a hardening process, in particular a thermal and/or chemical surface-hardening process.
- Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that it comprises the steps of pressing, sintering, surface-compaction rolling and hardening.
- Use of a preform for a method as claimed in claim 1, characterised in that a first (306) and a second flank (307) of a tooth each have different oversize profiles (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) from one another, and an oversize profile in a tooth root region comprises a local minimum.
- Use as claimed in claim 14, characterised in that an oversize profile on the first and/or second flank (306, 307) is disposed asymmetrically.
- Use as claimed in claim 14 or 15, characterised in that a negative oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) is provided, which locally is below a final size.
- Toothed element produced by means of a metallic sintering material by a method as claimed in one of claims 1 to 13, characterised in that the toothed element has a locally varied compaction (209) at least in the region of at least one flank (306; 307) and a root (704) of a tooth of the toothed element, and a compacted peripheral layer in the root region is of a lesser depth than on a tooth flank.
- Toothed element as claimed in claim 17, characterised in that the toothed element is a straight-toothed gear.
- Toothed element as claimed in claim 17, characterised in that the toothed element is a helically toothed gear.
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 19, characterised in that mutually opposing flanks (306; 307) of teeth have an asymmetrical compaction (209).
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 20, characterised in that an asymmetrical compaction (209) is provided in a root region (704).
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 21, characterised in that a ferrous material is selected as the main constituent of the sintering material and at least one alloying element is selected from the group comprising carbon, molybdenum, nickel, copper, manganese, chromium and vanadium.
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 21, characterised in that the main constituent of the sintering material is aluminium or magnesium.
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 23, characterised in that it is sintered with another functional component, in particular a shaft or another gear.
- Toothed element as claimed in one of preceding claims 17 to 24, characterised in that it is a component of a pump.
- Use of a device with a stored computer programme product with programme code means which are stored on a computer-readable medium in the production of an at least partially surface-hardened toothed element when implementing a method as claimed in one of claims 1 to 13, with a tool controller adapted to a different oversize profile (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) of a flank (306; 307) and a root (704) with a local oversize profile minimum in a tooth root region, having an input for appropriate co-ordinates and motion sequences for compacting the preform.
- Use of a device as claimed in claim 26 for producing an at least partially surface hardened toothed element from a preform (106) made from a sintering material at least in a surface region, which device comprises a tool which has a compensation of different oversize profiles (207; 308; 309; 407; 502; 601; 602; 603; 701) at a first (306) and a second flank (307) of a tooth of the preform (106) to be compacted by means of a rolling movement.
- Use of a preform in a method as claimed in claim 1, characterised in that a differently compacted peripheral layer is produced by means of a different oversize profile along a flank and a tooth root of the preform, and the oversize profile has a local minimum in a tooth root region.
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